Page 1
© 2010 Eaton Corporation. All rights reserved.
This is a photographic template – your
photograph should fit precisely within this rectangle.
Toepassing van Magneten in middenspanning schakelsystemen Martin Binnendijk R&D Director - Business Unit Electrical Solutions & Services Eaton 6 Oktober 2011
Page 2
2 2
Toepassing van Magneten in middenspanning schakelsystemen
• Inleiding
• Magnetische effecten in schakelsystemen
• Toepassing Permanente Magneten
• Magnefix – een vertrouwd concept
• Elektromagnetische aandrijvingen voor schakelaars
Page 3
3 3
Actief in de energie distributie
Page 4
4 4
Actief in de electriciteits distributie
Page 5
5 5
Actief in de electriciteits distributie
Page 6
6 6
Eaton
80.000 collega’s World Wide
Page 7
7 7
Eaton
1000 medewerkers in Hengelo
80.000 collega’s World Wide
Page 8
8 8
Eaton MS schakelsystemen
SVS Unitole UP MMS Magnefix Xiria
Safe – Reliable – Sustainable
Page 9
9 9
Solid
Insulation
Motor Control Centres
Robust Design
SL
Defects
New Thinking:
MeanSL
Defects
New Thinking:
Mean
Damstra Lab
Vacuum Interrupters
& Breakers
Thermal
Design
Technische uitdagingen ...
Internal Arc Control
Electric Field Control Smart Grids
Page 10
10 10
Voorbeeld: Innovatie Sessies
Meten van Dutch Power okt 2007
Rijden op Dutch Power jan 2008
Wel thuis met Dutch Power jun 2008
Opgewekt met Dutch Power feb 2009
Dutch Power Voor-Raad sep 2009
Dutch Power Without Resistance mrt 2010
Goed gevormd met Dutch Power sep 2010
Dutch Power beproeft mrt 2011
Page 11
11 11
Samen naar de schakelsystemen van de toekomst ...
Total Cost of Ownership
Veilig
Gebruiksvriendelijk
Betrouwbaar
Groen
Modern
Page 12
12 12
Magnetische Effecten in Schakelsystemen
Page 13
13 13
Magnetische effecten
• Lorentz Krachten
• F=BIL
• 31.5kA - 150mm hart-op-hart
• 6000 N/m
Stromen - 3-fasig - assymetrisch
Krachten
Page 14
14 14
Temperatuur effecten
• Wervelstromen
• Stroomverdringing
Page 15
15 15
Vacuum onderbrekers
100 10
1 10
2
10-1
100
101
102
103
10-3
10-2
10-1
10-6
10-5
10-4
103 10
4 10
5
Ub
[
kV
]
P d
[ mb a r c
m]
Page 17
17 17
Eaton Vacuum Interrupter - TMF & AMF Characteristic
• TMF drives the constricted vacuum arc to move around the
contact surface at high speed
Constricted arc(I=40 kA) (TMF)
Diffuse arc (I=2 kA) (TMF)
Diffuse arc (I=60 kA) (AMF) Diffuse arc (I=10 kA) (AMF)
• AMF prevents the vacuum arc from forming a constricted arc
AMF
TMF
Page 18
18 18
Toepassingen Permanente Magneten
Page 19
19 19
Magnefix
MD4 - 12kV Magnefix Plus met
vermogenschakelaar
MF -15kV
Page 20
20 20
Aandrijving vacuum onderbreker
Page 21
21 21
Magnetische schakelaar aandrijvingen
• Voordelen
• Weinig onderdelen
• Betrouwbaar
• Groot aantal keren schakelen
• Compact
Page 22
22 22
Magnetische schakelaar aandrijvingen
ABB
Cired 1999
Tavrida
Cired 2005
Eaton – IEE 1998
Page 23
23 23
Eaton actuator met sterke NdFeB magneet
Page 24
24 24
B-H curve
M = Magnetisatie
Br = Remanentie
HCB = Coercitieve veldsterkte
B = μ0H + μ0M
Toegepaste magneet Eaton
• Br = 1,3T
• HCB = 915 kA/m
Scan van BH curve blz 2
Page 25
25 25
Eaton actuator met sterke NdFeB magneet
Houdkracht
• F = B2A / 2μ0
• Maximaliseren fluxdichtheid bij gaps tot ongeveer 2T
• Maximaliseer oppervlakte middels 2 oppervlakken
Uitschakelen
• Compenseer de flux van permanente magneet met flux van trip spoel
Page 26
26 26
Magnetisch circuit
Werklijn :
- Bm / μ0Hm = - lmAg / lgAm = tan α = 6,5
- Steile hoek van 81 graden
- Verschuiving werklijn door stroom in trip spoel
- H = Ni / lm
HCB=
915kA/m
Hm=
152kA/m
Hm=
132kA/m
Page 27
27 27
FEM analyse
• Geen stroom in trip spoel
• Bgap ongeveer 2T
• Fhoud = 5200N
• Fveer = 3500N
• Zeer goed in IN-positie
Page 28
28 28
FEM analyse
• Fictieve analyse met alleen trip spoel
• Fhoud = 5000N
Page 29
29 29
FEM analyse
• 5A in trip spoel
• Fhoud = 1860N
• Fveer = 3500N
• Schakelaar gaat goed uit
• Werkelijke trip stroom 7A
Page 30
30 30
FEM analyse
• 10A in trip spoel
• Fhoud = 60N
• Fveer = 3500N
• Schakelaar gaat uit
• Werkelijke trip stroom 7A
Page 31
31 31
De magneet merkt nauwelijks iets van de tripstroom
Tripstroom (A) (tripspoel heeft 176 windingen) Magneet
0 5 10
B (T) 1,07 0,97 0,82
M (kA/m) 985 979 970
H (kA/m) 132 204 314
Oppervlakte magneet: 4760mm2
Oppervlakte luchtspleet 2015mm2
HCB=
915kA/m
Hm=
152kA/m
Hm=
132kA/m
Page 32
32 32
B ~ √F
H ~ I
Naar verzadiging
bij inschakelen
Ander principe gebaseerd op ‘medium energy magneten’
Demagnetisatie
bij uitschakelen
Page 33
33 33
Toepassing in FMX
Oppervlakte magneet: 4760mm2
Oppervlakte luchtspleet 2015mm2