永磁机构真空断路器的特点

永磁机构的真空断路器的特点我国中压开关设备最突出的问题就是操作机构可靠性不高和绝缘问题，这方面与发达国家相比有较大的差距。目前，在发达国家纷纷提出并推出新一代免维护的高压开关产品。作为中压开关设备中的核心设备——中压真空断路器由于品种、型号众多，特点也是各异的。从绝缘角度上分——空气绝缘和复合绝缘；从总体结构上分——断路器和机构一体式和分体式；从操动机构上分——电磁机构、弹簧机构和永磁机构；一、目前三种不同操动机构的真空断路器有着各自的主要特点：1、弹簧机构断路器——零部件多、工艺复杂、机械故障高；2、电磁机构断路器——驱动功率大、接触力小、合闸时触头跳动；3、永磁机构断路器——零部件少、结构简单、使用寿命长、低驱动功率；二、永磁永构的定义及其特点1、永磁机构是一种用于真空断路器的永磁保持，电子控制的电磁操作机构。它克服了传统弹簧机构和电磁机构的不足，将永久磁铁应用于操动机构中，使真空断路器分、合闸位置的保持通过永久磁铁实现，取代传统的锁扣装置。2、永磁机构的特点是：（1）永久磁铁与分闸、合闸控制线圈结合，解决了合闸时需要大功率能量的问题。（2）真空灭弧室的动触头靠永久磁铁产生的力通过拐臂、绝缘拉杆使其保持在合闸、分闸位置上，取代机械锁扣方式，仅有几个活动部件，零件总数约为50件左右，耗材少，节能且成本低。（3）永磁操动机构无需机械锁扣和辅助电器，机械动作的可靠性大大提高，能够实现免维护，开断能力强，安全性提高。（4）永磁操动机构，永磁力可保证100年不消失，该机构寿命高达10万次，机械寿命至少提高5倍。（5）真空灭弧室纵向安装在绝缘筒内，即使在恶劣的环境下，仍能保持很高的抗爬电性能及绝缘性能。三、目前国际上中压真空断路器设计的流派：设计制造领域逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝缘产品和以ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别：1、德国Siemens公司的代表产品有3AH产品，采用空气绝缘方式，其操动机构为弹簧机构。2、德国ABB公司的代表产品有VD4，采用复合绝缘方式，其操动机构为弹簧机构。3、日本三菱电机的代表产品有VPR，采用支架绝缘半封闭方式，其操动机构为弹簧机构。四、目前国内生产的中压真空断路器的流派：1、引进技术并国产化的产品：（1）引进西门子3AF，产品技术生产的ZN12-12，ZN18-12；（2）引进日本东芝公司VK系列产品技术，生产的ZN21-12；（3）引进比利时EIB公司的产品技术；生产的ZN67-12；2、在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品：（1）效仿ABB公司的VD4产品而开发的ZN63-12；（2）效仿Siemens公司的3AH产品而开发的ZN65-12；3、国内自行设计的产品：ZN15-12，ZN28-12，ZN30-12等；五、操动机构与断路器的关系：真空断路器的好坏归根到底是体现在真空灭弧室内触头的分、合动作上，而分、合动作又是通过操动机构来实现的，因此操动机构的工作性能和质量的优劣对断路器的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。开关设备的操动机构需要较多的机械零件组成，可靠性降低与故障率上升的可能性是和零件的数量成正比的。弹簧操动机构的优点是不需要大功率的直流电源，电动机功率小，交直流两用，适宜交流操作；其缺点是结构比较复杂，零件数量多(约为200个)，制造工艺复杂，机构的可靠性不易保证。电磁操动机构的优点是结构简单，零件数量少(约为120个)，工作可靠，制造成本低；但其缺点是合闸线圈消耗的功率太大，触头的压力较小，动作时间较长，要求用户配备价格昂贵的蓄电池组等。六、永磁机构分类：1、按照不同的标准，永磁机构划分为不同的类型，主要有单稳态和双稳态、单线圈和双线圈之分，它们之间没有明显的优劣之分，各自有各自的优势。所谓双稳态永磁机构，指的是在合闸端、分闸端均采用永久磁铁保持，分、合闸的动作是分别通过两个激磁线圈通电驱动动铁心来完成；所谓单稳态永磁机构，指的是在合闸端采用永久磁铁保持，在分闸端则采用弹簧保持，合闸动作是通过合闸激磁线圈通电驱动动铁心来完成，同时在合闸的过程中对分闸保持弹簧储能，分闸动作是靠释放分闸保持弹簧来完成。双稳态永磁机构优势：在同样条件下，双稳态永磁机构合闸电流峰的值较小，对于控制部分而言，电流越小，意味着控制越简单可靠，控制器损坏的几率也越小。另外，分合闸电流较小，放电电容不用太大，一般用一个100V/10万微法的电解电容就可以实现断路器的重合闸操作。劣势：基于双稳态的设计原理，双稳态永磁机构的刚分速度低于全开距平均速度。单稳态永磁机构优势：由于单稳态永磁机构的分闸动作是靠分闸弹簧来完成，因此其分闸的刚分速度和平均分闸速度优于双稳态永磁机构，与断路器的分闸反力特性曲线能较好匹配。劣势：由于单稳态永磁机构在合闸时同时要给分闸保持弹簧储能，因此同样条件下，合闸电流峰值比双稳态永磁机构大很多。2、基本原理永磁机构的基本工作原理可以用三个词概括：永磁保持、电磁驱动、电子控制。永磁保持：合闸状态是通过永久磁铁来保持，克服触头簧的反力；电磁驱动：通电的激磁线圈产生电磁能量来驱动铁心运动，完成分合闸动作；电子控制：永磁机构的控制系统采用电子装置，包括电力电子开关（即IGBT、MOSFET、晶闸管）、集成电路板、CPU芯片等。八、两种典型永磁机构的代表品牌：1、由ABB在英国和美国的工程师联合开发了一种新型VM1型真空断路器，采用了仅有7个活动元件组成的磁力驱动装置代替有数百个零件组成的传统机构。其分合闸位置均靠永久磁铁的磁能保持（双稳态）。采用这种无磨损的真空断路器机构在其10万次的操作寿命中不需维修，是传统真空断路器寿命的4-5倍，可节省维修费用。VM1的创新还包括将真空灭弧室用环氧树脂完全浇注形成一体，这样可不受外界因素的影响。真空灭弧室额定短路开断电流的次数为100次。2、荷兰Holec的MMS型真空断路器采用永磁机构驱动，该操动机构中，合闸、合闸保持和分闸的磁路是分开的，且只有真空灭弧室的合闸位置是靠永久磁铁保持的，机构的终止位置是分闸位置，其分闸动作基本上是被动的，不需要提供额外的能量，仅靠触头弹簧和分闸弹簧的力完成（单稳态）。据不完全统计，全国每年至少需要5万台6-35kV系列永磁机构真空断路器产品，对35kV、10KV永磁结构真空断路器的需求量非常大，市场前景非常广阔。九、永磁机构真空断路器的技术参数：序号参数名称单位数据1额定电压kV7.2/122额定频率Hz503额定绝缘水平1min工频耐受电压相对地、相间kV42隔离断口kV48雷电冲击耐受电压相对地、相间kV75隔离断口kV854额定电流A6301250125016001600200020002500250031503150400040005额定短路开断电流kA2531.5406额定短路关合电流kA63801007额定短路开断电流开断次数次308额定短路持续时间S49额定操作顺序≤1250AO-0.3S-CO-180S-CO≥1600AO-180S-CO-180S-CO10机械寿命（M2级）次5000011额定短路开断电流的直流分量≤1250A30%＞1250A40%12相间距≤1600Amm210＞1600Amm275