Miksi perinteiset kestomagneettimekanismit kamppailevat 126 kV tyhjiökatkaisijoiden suurien kosketusaukkojen kanssa? - Blogi

Kutentyhjiön katkaisijateknologia edistyy kohti siirtojännitetasoja, 126 kV:n yksikatkaisinen tyhjiökatkaisija on noussut kehittämisen keskipisteeksi. Monet alan ammattilaiset ovat kuitenkin havainneet, että kestomagneetti (PM) -mekanismit - jotka toimivat poikkeuksellisen hyvin keskijännitesovelluksissa - eivät useinkaan pysty käyttämään 126 kV -luokan katkaisijoita. Tämä ei ole yksinkertainen ongelma, joka voidaan ratkaista vain lisäämällä kelavirtaa; perimmäinen syy on ristiriidassa perinteisten PM-mekanismien magneettipiirin arkkitehtuurin ja suurten kosketinrakojen asettamien toimintavaatimusten välillä.

I. Kosketinvälit ja nopeus: 126 kV:n toimintamekanismeille asettamat haasteet

Harkitse kahta tietojoukkoa. sisäänkeskijännitetyhjiökatkaisijat, kosketinrako on tyypillisesti alle 30 mm, yleisimmin 8–22 mm:n alueella. Sitä vastoin kosketusväli 126 kV:lletyhjiön katkaisijahyppää noin 80 mm:iin. Tekniset tiedot osoittavat, että 126 kV:n katkaisijan nimelliskosketinväli on tyypillisesti noin 50 mm; kun kosketuspyyhe (yliliike) lisätään, liikkuvan sydämen kokonaisisku on noin 60 mm.
Vaikka kosketusväli on kasvanut, nopeusvaatimukset ovat edelleen tiukat. 126kV:lletyhjiön katkaisija, koskettimien on päästävä 18–20 mm:n etäisyydelle 6–7 ms:n sisällä avausoperaatiosta, mikä vaatii noin 2,5–3,3 m/s avautumisnopeuden. 12–13 ms:n kuluttua etäisyyden tulee olla 36–40 mm, nopeuden ollessa edelleen 2,7–3,3 m/s. Tämä tarkoittaa, että mekanismin on saavutettava "suuri nopeus alusta alkaen" erittäin lyhyessä ajassa.
Traditional PM mechanisms were originally designed for-and are well-established within-the medium-voltage sector. Research has clearly indicated that PM mechanisms based on traditional structural designs are ill-suited to meet the high-speed requirements of vacuum circuit breakers at transmission-voltage levels (>72kV). Ongelma piilee itse magneettipiirissä.

II. Ydinongelma: Jaettu magneettipiiri saa liikkuvan ankkurin "vetämään alas" alusta alkaen

Perinteisen bistabiilin kestomagneettimekanismin rakenteellinen tunnusmerkki on, että kestomagneetti ja avaus-/sulkemiskelat jakavat saman magneettipiirin. Vaikka tämä rakenne mahdollistaa kompaktin jalanjäljen, sen haitat tulevat ilmeisiksi olosuhteissa, joissa vaaditaan suuria kosketusväliä ja suuria käyttönopeuksia.
Heti kun avaustoiminto alkaa, jännitteisen kelan synnyttämän sähkömagneettisen voiman on ensin voitettava kestomagneetin kohdistama pitovoima suljetussa asennossa. Vain jäljellä oleva osa sähkömagneettisesta voimasta on käytettävissä liikkuvan ankkurin kiihdyttämiseen. Kuten kirjallisuudessa on todettu: "Avaamisen alkuvaiheessa kestomagneetin magneettinen voima kompensoi osittain kelasta tulevaa sähkömagneettista voimaa, mikä vaikeuttaa alkuperäisen erotusnopeuden lisäämistä."
Tämä alkuerotusnopeus on kriittinen suorituskyvyn indikaattori suurjännitteelletyhjiökatkaisijat. Being "held back" by the permanent magnet's retaining force right at the start makes it extremely difficult to catch up to the required velocity profile later in the stroke.

III. Pitkän iskun toiminnan ketjureaktio: korkeammat virrat, kohonnut lämpötila ja ohjaushaasteet

Aivohalvauksen lisääminen tuo toisen käytännön haasteen. Kun liikkuva ankkuri on aloitusasennossa, ilmaraon magneettinen permeanssi on hyvin pieni; tavanomaisessa rakenteessa tarvitaan huomattava kelavirta riittävän sähkömagneettisen vetovoiman tuottamiseksi. Analyysit osoittavat, että tämä johtaa useisiin ongelmiin, mukaan lukien "lämpötilan nousu- ja hallintavaikeudet".
Toisin sanoen, edes nopeusvaatimusten sivuuttaminen ja pelkästään liikkeen "raaka pakottaminen" - lisäämällä kelavirtaa ankkurin ohjaamiseksi pitkän iskun yli - ei ole kestävä tekninen ratkaisu. Tekijät, kuten patterin lämmitys, kondensaattorin kapasiteetti ja ohjauskomponenttien virrankäsittelyrajat, tulevat kaikki esiin uusina pullonkaulina.
Simulaatiotiedot korostavat tätä eroa: 126 kV:n sovelluksessa perinteinen kestomagneettimekanismi saavuttaa noin 2,5 m/s:n keskimääräisen avautumisnopeuden, kun taas uusi malli, jossa käytetään erotettua magneettipiiriä, voi saavuttaa 3,0 m/s. Avausoperaation alkaessa kriittisen 6–7 ms:n ikkunan sisällä tämä 0,5 m/s ero on ratkaiseva tekijä siinä, voidaanko koskettimet ajassa erottaa turvalliselle etäisyydelle.

IV. Tie eteenpäin: Magneettipiirin erottaminen

Koska ydinongelma johtuu "jaetuista magneettipiireistä", looginen parannus on erottaa magneettiradat, jotka erottavat kestomagneetin pitopiirin sähkömagneettisesta käyttöpiiristä, jotta jokainen voi suorittaa erityistehtävänsä.
Kun piirit on erotettu, kestomagneetti ei enää "estä" prosessia, kun avauskela saa jännitteen; sen sijaan sähkömagneettista voimaa voidaan kohdistaa suoremmin liikkuvan ankkurin nopeuttamiseksi. Lisäksi sisällyttämällä toimimattoman ilmavälin kestomagneetin pitovoima putoaa nopeasti heti, kun ankkuri lähtee alkuperäisestä asennostaan, minimoiden häiriöt iskun aikana. Prototyyppitestaus on jo validoinut tämän lähestymistavan: kestomagneettimekanismi erillisellä magneettipiirillä voi saavuttaa 2,8 m/s:n alkuavautumisnopeuden ja 2,9 m/s:n keskimääräisen avautumisnopeuden, mikä täyttää 126 kV:n tyhjökatkaisijoiden suorituskykyvaatimukset.
Lisäksi muita parannuksia, kuten kolmen kelan kokoonpanon käyttöä, tutkitaan parhaillaan. Tavoitteena on lisätä avautumisnopeuksia ja tarjota samalla pehmuste sulkemisiskun lopussa kontaktien pomppimisen estämiseksi. Teknisestä lähestymistavasta huolimatta ydinlogiikka pysyy samana: kestomagneetin pitovoima ei saa muodostua esteeksi liikkeelle.

V. Käytännön ohjeita valmistajille

Valmistajille, jotka osallistuvat 126 kV:n valintaan tai mekanismien integrointiintyhjiökatkaisijat, useat kriteerit vaativat huomiota:

Tutki ensin magneettipiirin rakennetta. Jos toimittajan kestomagneettimekanismi käyttää edelleen perinteistä jaettua magneettipiiriä, sillä on vaikeuksia saavuttaa vaadittu avautumisnopeus koskettimien erotushetkellä – vaikka nimellisarvot näyttäisivätkin vaikuttavilta. Erillinen magneettipiiri tai vastaava irrotettu rakenne on edellytys 126 kV sovellusten vaatimusten täyttämiselle.
Toiseksi, arvioi mitattu nopeusprofiili sen sijaan, että keskittyisit vain yhteen huippuarvoon. 126 kV laitteiden osalta vaatimus koskee siirtymää tietyn aikaikkunan sisällä, ei suurinta hetkellistä nopeutta. Siirtymätietojen pyytäminen 6 ms:n ja 12 ms:n kohdalla koskettimien erottamisen jälkeen on paljon mielekkäämpää kuin "huippunopeuden" katsominen.
Kolmanneksi, kiinnitä tarkkaa huomiota aukon pitovoiman suunnitteluun. Perinteisissä kestomagneettimekanismeissa on usein vaikeaa itsenäisesti optimoida pitovoimia auki- ja kiinniasennossa. Erotetun magneettipiirin rakenteen keskeinen etu on, että avauspuolen pitovoima voidaan minimoida - pienentää pomppimisriskiä avausiskun lopussa - kun taas sulkemispuolen pitovoima on riittävä kestämään kosketusjousien reaktiovoiman.

Ympäristöpolitiikan ohjaamana siirtyminenSF6 katkaisijat126kV astityhjiökatkaisijatkäy yhä selvemmäksi. Laitteen "sydännä" toimintamekanismi - ja sen dynaaminen yhteensopivuus katkaisijan kanssa - määrittää, voidaanko yksikkö ottaa käyttöön onnistuneesti. Perinteisen kestomagneettimekanismin kyvyttömyys "käsitellä kuormaa" ei ole itse kestomagneettitekniikan luontainen vika, vaan pikemminkin tiettyjen magneettipiirien rakenteiden rajoitus tietyissä käyttöolosuhteissa. Tämän eron tunnistaminen auttaa välttämään tarpeettomia takaiskuja tuotevalinnan ja T&K:n aikana.

Starting in 2026, The Use Of SF6 in Medium-voltage Electrical Equipment Below 24 KV Will Be Prohibited.