เหตุใดกลไกแม่เหล็กถาวรแบบดั้งเดิมจึงต้องดิ้นรนกับช่องว่างหน้าสัมผัสขนาดใหญ่ของเซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศขนาด 126kV - บล็อก

เช่นเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีไปสู่ระดับแรงดันไฟฟ้าในการส่ง เบรกเกอร์สูญญากาศแบบเบรกครั้งเดียวขนาด 126kV ได้กลายเป็นจุดสำคัญของการพัฒนา อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมจำนวนมากพบว่ากลไกแม่เหล็กถาวร (PM) ซึ่งทำงานได้ดีเป็นพิเศษในการใช้งานที่มีแรงดันไฟฟ้าปานกลาง มักจะขาดความสามารถในการใช้งานเบรกเกอร์ระดับ 126kV นี่ไม่ใช่ปัญหาง่ายๆ ที่สามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มกระแสคอยล์เท่านั้น สาเหตุที่แท้จริงอยู่ที่ความขัดแย้งโดยธรรมชาติระหว่างสถาปัตยกรรมวงจรแม่เหล็กของกลไก PM แบบดั้งเดิมและข้อกำหนดในการปฏิบัติงานที่กำหนดโดยช่องว่างหน้าสัมผัสขนาดใหญ่

I. ช่องว่างและความเร็วในการติดต่อ: ความท้าทายที่เกิดจากกลไกการทำงานที่ 126kV

พิจารณาข้อมูลสองชุด ในเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศแรงดันปานกลางโดยทั่วไปช่องว่างหน้าสัมผัสจะน้อยกว่า 30 มม. โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 8–22 มม. ในทางตรงกันข้าม ช่องว่างหน้าสัมผัสสำหรับ 126kVเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศกระโดดได้ประมาณ 80 มม. ข้อมูลจำเพาะทางวิศวกรรมระบุว่าอุปกรณ์ขัดขวางขนาด 126kV โดยทั่วไปจะมีช่องว่างหน้าสัมผัสพิกัดประมาณ 50 มม. เมื่อเพิ่มการเช็ดหน้าสัมผัส (การเคลื่อนที่เกิน) ระยะชักรวมของแกนที่กำลังเคลื่อนที่จะอยู่ที่ประมาณ 60 มม.
แม้ว่าช่องว่างหน้าสัมผัสจะเพิ่มขึ้น แต่ข้อกำหนดด้านความเร็วยังคงเข้มงวด สำหรับ 126kVเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศหน้าสัมผัสจะต้องมีระยะห่างระหว่าง 18–20 มม. ภายใน 6–7 มิลลิวินาทีของการดำเนินการเปิด ซึ่งต้องใช้ความเร็วในการเปิดประมาณ 2.5–3.3 เมตร/วินาที ภายในเวลา 12–13 มิลลิวินาที ช่องว่างจะต้องถึง 36–40 มม. โดยที่ความเร็วยังคงอยู่ที่ 2.7–3.3 ม./วินาที ซึ่งหมายความว่ากลไกจะต้องบรรลุ "ความเร็วสูงตั้งแต่เริ่มต้น" ภายในกรอบเวลาที่สั้นมาก
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 (>72กิโลโวลต์) ปัญหาอยู่ที่วงจรแม่เหล็กเอง

ครั้งที่สอง ปัญหาหลัก: วงจรแม่เหล็กที่ใช้ร่วมกันทำให้กระดองเคลื่อนที่ถูก "ลากลง" ตั้งแต่เริ่มต้น

จุดเด่นทางโครงสร้างของกลไกแม่เหล็กถาวรแบบบิสเทเบิลแบบดั้งเดิมก็คือ แม่เหล็กถาวรและคอยล์เปิด/ปิดใช้วงจรแม่เหล็กเดียวกัน แม้ว่าการออกแบบนี้จะมีขนาดกะทัดรัด แต่ก็มีข้อเสียที่เห็นได้ชัดภายใต้เงื่อนไขที่ต้องใช้ช่องว่างหน้าสัมผัสขนาดใหญ่และความเร็วในการทำงานสูง
ในทันทีที่การดำเนินการเปิดเริ่มต้นขึ้น แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างโดยขดลวดที่มีพลังงานจะต้องเอาชนะแรงยึดที่กระทำโดยแม่เหล็กถาวรในตำแหน่งปิดก่อน มีเพียงส่วนที่เหลือของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้นที่สามารถเร่งเกราะที่เคลื่อนที่ได้ ตามที่ระบุไว้ในวรรณกรรม: "ในระหว่างระยะเริ่มต้นของการดำเนินการเปิด แรงแม่เหล็กจากแม่เหล็กถาวรจะชดเชยแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจากขดลวดบางส่วน ทำให้ยากต่อการเพิ่มความเร็วการแยกเริ่มต้น"
ความเร็วการแยกเริ่มต้นนี้เป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่สำคัญสำหรับไฟฟ้าแรงสูงเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศ. การถูก "รั้งกลับ" ด้วยแรงยึดของแม่เหล็กถาวรตั้งแต่เริ่มต้น ทำให้ยากอย่างยิ่งที่จะไล่ตามโปรไฟล์ความเร็วที่ต้องการในภายหลังในจังหวะ

ที่สาม ปฏิกิริยาลูกโซ่ของการทำงานแบบจังหวะยาว: กระแสที่สูงขึ้น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และความท้าทายในการควบคุม

การเพิ่มจังหวะทำให้เกิดความท้าทายในทางปฏิบัติอีกอย่างหนึ่ง เมื่อเกราะเคลื่อนที่อยู่ในตำแหน่งเริ่มต้น การซึมผ่านของแม่เหล็กของช่องว่างอากาศจะต่ำมาก ในการออกแบบทั่วไป ต้องใช้กระแสคอยล์จำนวนมากเพื่อสร้างแรงดึงดูดทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เพียงพอ การวิเคราะห์ระบุว่าสิ่งนี้นำไปสู่ปัญหาหลายประการ รวมถึง "อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและความยากลำบากในการควบคุม"
กล่าวอีกนัยหนึ่ง แม้กระทั่งการละทิ้งข้อกำหนดด้านความเร็ว โดยอาศัยการเคลื่อนไหวแบบ "บังคับดุร้าย" เพียงอย่างเดียว โดยการเพิ่มกระแสคอยล์เพื่อขับเคลื่อนเกราะตลอดช่วงชักยาว ก็ไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาทางวิศวกรรมที่ยั่งยืน ปัจจัยต่างๆ เช่น การทำความร้อนของคอยล์ ความจุของตัวเก็บประจุ และขีดจำกัดการจัดการกระแสของส่วนประกอบควบคุม ล้วนกลายเป็นปัญหาคอขวดใหม่
ข้อมูลการจำลองเน้นให้เห็นถึงความแตกต่างนี้: สำหรับการใช้งาน 126kV กลไกแม่เหล็กถาวรแบบธรรมดาจะมีความเร็วในการเปิดเฉลี่ยประมาณ 2.5 ม./วินาที ในขณะที่การออกแบบใหม่ที่ใช้วงจรแม่เหล็กแยกจากกันสามารถทำได้ถึง 3.0 ม./วินาที ภายในกรอบเวลาวิกฤติ 6–7 ms เมื่อเริ่มต้นการดำเนินการเปิด ความแตกต่าง 0.5 เมตร/วินาทีนี้เป็นปัจจัยในการตัดสินใจว่าสามารถแยกหน้าสัมผัสให้อยู่ในระยะห่างที่ปลอดภัยทันเวลาได้หรือไม่

IV. หนทางข้างหน้า: การแยกวงจรแม่เหล็ก

เนื่องจากปัญหาหลักเกิดจาก "วงจรแม่เหล็กที่ใช้ร่วมกัน" การปรับปรุงเชิงตรรกะก็คือการแยกเส้นทางแม่เหล็กโดยแยกวงจรยึดแม่เหล็กถาวรออกจากวงจรขับเคลื่อนแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อให้แต่ละวงจรสามารถทำหน้าที่เฉพาะของมันได้
เมื่อแยกวงจรออกแล้ว แม่เหล็กถาวรจะไม่ "ขัดขวาง" กระบวนการอีกต่อไปเมื่อขดลวดเปิดถูกป้อนพลังงาน แต่แรงแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถนำไปใช้ได้โดยตรงมากขึ้นเพื่อเร่งการเคลื่อนที่ของกระดอง นอกจากนี้ ด้วยการรวมช่องว่างอากาศที่ไม่ทำงาน แรงยึดแม่เหล็กถาวรจะลดลงอย่างรวดเร็วทันทีที่กระดองออกจากตำแหน่งเริ่มต้น ซึ่งช่วยลดการรบกวนระหว่างจังหวะ การทดสอบต้นแบบได้ยืนยันวิธีการนี้แล้ว: กลไกแม่เหล็กถาวรที่มีวงจรแม่เหล็กแยกจากกันสามารถบรรลุความเร็วเริ่มต้นในการเปิดที่ 2.8 ม./วินาที และความเร็วการเปิดเฉลี่ย 2.9 ม./วินาที ซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศขนาด 126kV
นอกจากนี้ ยังมีการสำรวจการปรับปรุงอื่นๆ เช่น การใช้การกำหนดค่าแบบ 3 คอยล์อยู่ในขณะนี้ เป้าหมายคือการเพิ่มความเร็วในการเปิดในขณะเดียวกันก็ให้การกันกระแทกที่ส่วนท้ายของจังหวะปิดไปพร้อมๆ กันเพื่อป้องกันการเด้งกลับจากการสัมผัส ไม่ว่าแนวทางทางเทคนิคจะเป็นอย่างไร ตรรกะหลักยังคงเหมือนเดิม: แรงยึดแม่เหล็กถาวรจะต้องไม่เป็นอุปสรรคต่อการเคลื่อนที่

V. คำแนะนำการปฏิบัติสำหรับผู้ผลิต

สำหรับผู้ผลิตที่เกี่ยวข้องกับการเลือกหรือบูรณาการกลไกของ 126kVเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศเกณฑ์หลายประการรับประกันความสนใจ:

ขั้นแรก ตรวจสอบโครงสร้างวงจรแม่เหล็ก หากกลไกแม่เหล็กถาวรของซัพพลายเออร์ยังคงใช้การออกแบบวงจรแม่เหล็กร่วมแบบดั้งเดิม กลไกดังกล่าวจะต้องดิ้นรนเพื่อให้ได้ความเร็วการเปิดที่ต้องการในขณะที่แยกหน้าสัมผัส แม้ว่าข้อกำหนดที่ระบุจะดูน่าประทับใจก็ตาม วงจรแม่เหล็กแบบแยกส่วนหรือการออกแบบแบบแยกส่วนที่คล้ายกันเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของการใช้งาน 126kV
ประการที่สอง ประเมินโปรไฟล์ความเร็วที่วัดได้ แทนที่จะมุ่งเน้นไปที่ค่าสูงสุดเพียงค่าเดียว สำหรับอุปกรณ์ 126kV ข้อกำหนดเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ภายในกรอบเวลาที่กำหนด ไม่ใช่ความเร็วสูงสุดในขณะนั้น การขอข้อมูลการเคลื่อนที่ที่ 6 มิลลิวินาที และ 12 มิลลิวินาที หลังจากการแยกหน้าสัมผัสมีความหมายมากกว่าการดูที่ "ความเร็วสูงสุด"
ประการที่สาม ให้ความสำคัญกับการออกแบบแรงจับเปิด ในกลไกแม่เหล็กถาวรแบบเดิม มักจะเป็นเรื่องยากที่จะปรับแรงจับยึดให้เหมาะสมสำหรับตำแหน่งเปิดและปิดอย่างอิสระ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของโครงสร้างวงจรแม่เหล็กที่แยกจากกันคือแรงยึดที่ด้านเปิดสามารถลดลงได้ ซึ่งลดความเสี่ยงของการดีดตัวกลับเมื่อสิ้นสุดจังหวะเปิด ในขณะที่แรงยึดที่ด้านปิดยังคงเพียงพอที่จะทนต่อแรงปฏิกิริยาของสปริงหน้าสัมผัส

ขับเคลื่อนด้วยนโยบายสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนผ่านจากเบรกเกอร์วงจร SF6ถึง 126kVเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศมีความชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจาก "หัวใจ" ของอุปกรณ์ กลไกการทำงานและความเข้ากันได้แบบไดนามิกของอุปกรณ์กับตัวขัดขวางจะเป็นตัวกำหนดว่าอุปกรณ์จะสามารถใช้งานได้สำเร็จหรือไม่ การที่กลไกแม่เหล็กถาวรแบบเดิมไม่สามารถ "จัดการโหลด" ไม่ได้ถือเป็นข้อบกพร่องโดยธรรมชาติของเทคโนโลยีแม่เหล็กถาวร แต่เป็นข้อจำกัดของโครงสร้างวงจรแม่เหล็กเฉพาะภายใต้สภาวะการทำงานบางอย่าง การตระหนักถึงความแตกต่างนี้จะช่วยหลีกเลี่ยงความล้มเหลวที่ไม่จำเป็นในระหว่างการเลือกผลิตภัณฑ์และการวิจัยและพัฒนา

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