Martin Binnendijk

1. 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
© 2010 Eaton Corporation. All rights reserved.

2. Toepassing van Magneten in
middenspanning schakelsystemen
• Inleiding
• Magnetische effecten in schakelsystemen
• Toepassing Permanente Magneten
• Magnefix – een vertrouwd concept
• Elektromagnetische aandrijvingen voor schakelaars
2
2

3. Actief in de energie distributie
3
3

4. Actief in de electriciteits distributie
4
4

5. Actief in de electriciteits distributie
5
5

6. Eaton
80.000 collega’s
World Wide
6
6

7. Eaton
80.000 collega’s
World Wide
1000 medewerkers
in Hengelo
7
7

8. Eaton MS schakelsystemen
Magnefix Xiria SVS MMS Unitole UP
Safe – Reliable – Sustainable
8
8

9. Technische uitdagingen ... Damstra Lab
Solid
Insulation
Vacuum Interrupters
& Breakers
Motor Control Centres
Thermal
Design
Electric Field Control
Smart Grids
Robust Design Internal Arc Control
New Thinking:
SL
Mean

Defects

9
9

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
10
10

11. Samen naar de schakelsystemen
van de toekomst ...
Veilig
Betrouwbaar
Gebruiksvriendelijk
Groen
Total Cost of
Ownership
Modern
11
11

12. Magnetische Effecten in Schakelsystemen
12
12

13. Magnetische effecten
• Lorentz Krachten
• F=BIL Stromen - 3-fasig - assymetrisch
• 31.5kA - 150mm hart-op-hart
• 6000 N/m
Krachten
13
13

14. Temperatuur effecten
• Wervelstromen
• Stroomverdringing
14
14

15. Vacuum onderbrekers
[ k V]
103
102
Ub
101
100
10-1
10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105
P d
[ mb a r c
15m ]
15

16. Booggedrag
16
16

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)
TMF
• AMF prevents the vacuum arc from forming a constricted arc
Diffuse arc (I=60 kA) (AMF) Diffuse arc (I=10 kA) (AMF)
AMF
17
17

18. Toepassingen Permanente Magneten
18
18

19. Magnefix
MD4 - 12kV MF -15kV Magnefix Plus met
vermogenschakelaar
19
19

20. Aandrijving vacuum onderbreker
20
20

21. Magnetische schakelaar aandrijvingen
• Voordelen
• Weinig onderdelen
• Betrouwbaar
• Groot aantal keren schakelen
• Compact
21
21

22. Magnetische schakelaar aandrijvingen
ABB
Cired 1999
Tavrida
Cired 2005
Eaton – IEE 1998
22
22

23. Eaton actuator met sterke NdFeB magneet
23
23

24. B-H curve
M = Magnetisatie
Br = Remanentie
HCB = Coercitieve veldsterkte
B = μ0H + μ0M
Toegepaste magneet Eaton Scan van BH curve blz 2
• Br = 1,3T
• HCB = 915 kA/m
24
24

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
25
25

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= Hm= Hm=
915kA/m 152kA/m 132kA/m
26
26

27. FEM analyse
• Geen stroom in trip spoel
• Bgap ongeveer 2T
• Fhoud = 5200N
• Fveer = 3500N
• Zeer goed in IN-positie
27
27

28. FEM analyse
• Fictieve analyse met alleen trip spoel
• Fhoud = 5000N
28
28

29. FEM analyse
• 5A in trip spoel
• Fhoud = 1860N
• Fveer = 3500N
• Schakelaar gaat goed uit
• Werkelijke trip stroom 7A
29
29

30. FEM analyse
• 10A in trip spoel
• Fhoud = 60N
• Fveer = 3500N
• Schakelaar gaat uit
• Werkelijke trip stroom 7A
30
30

31. De magneet merkt nauwelijks iets van
de tripstroom
HCB= Hm= Hm=
915kA/m 152kA/m 132kA/m
Magneet Tripstroom (A) (tripspoel heeft 176 windingen)
0 5 10
B (T) 1,07 0,97 0,82
M (kA/m) 985 979 970
H (kA/m) 132 204 314
31
31

32. Ander principe gebaseerd op ‘medium
energy magneten’
B ~ √F
Demagnetisatie
bij uitschakelen
Naar verzadiging
bij inschakelen
H~I
32
32

33. Toepassing in FMX
Oppervlakte magneet: 4760mm2
Oppervlakte luchtspleet 2015mm2
33
33

34. 34
34

35. 35
35