© 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

2 2

Toepassing van Magneten in middenspanning schakelsystemen

• Inleiding

• Magnetische effecten in schakelsystemen

• Toepassing Permanente Magneten

• Magnefix – een vertrouwd concept

• Elektromagnetische aandrijvingen voor schakelaars

3 3

Actief in de energie distributie

4 4

Actief in de electriciteits distributie

5 5

Actief in de electriciteits distributie

6 6

Eaton

80.000 collega’s World Wide

7 7

Eaton

1000 medewerkers in Hengelo

80.000 collega’s World Wide

8 8

Eaton MS schakelsystemen

SVS Unitole UP MMS Magnefix Xiria

Safe – Reliable – Sustainable

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

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

11 11

Samen naar de schakelsystemen van de toekomst ...

Total Cost of Ownership

Veilig

Gebruiksvriendelijk

Betrouwbaar

Groen

Modern

12 12

Magnetische Effecten in Schakelsystemen

13 13

Magnetische effecten

• Lorentz Krachten

• F=BIL

• 31.5kA - 150mm hart-op-hart

• 6000 N/m

Stromen - 3-fasig - assymetrisch

Krachten

14 14

Temperatuur effecten

• Wervelstromen

• Stroomverdringing

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]

16 16

Booggedrag

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

18 18

Toepassingen Permanente Magneten

19 19

Magnefix

MD4 - 12kV Magnefix Plus met

vermogenschakelaar

MF -15kV

20 20

Aandrijving vacuum onderbreker

21 21

Magnetische schakelaar aandrijvingen

• Voordelen

• Weinig onderdelen

• Betrouwbaar

• Groot aantal keren schakelen

• Compact

22 22

Magnetische schakelaar aandrijvingen

ABB

Cired 1999

Tavrida

Cired 2005

Eaton – IEE 1998

23 23

Eaton actuator met sterke NdFeB magneet

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

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

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

27 27

FEM analyse

• Geen stroom in trip spoel

• Bgap ongeveer 2T

• Fhoud = 5200N

• Fveer = 3500N

• Zeer goed in IN-positie

28 28

FEM analyse

• Fictieve analyse met alleen trip spoel

• Fhoud = 5000N

29 29

FEM analyse

• 5A in trip spoel

• Fhoud = 1860N

• Fveer = 3500N

• Schakelaar gaat goed uit

• Werkelijke trip stroom 7A

30 30

FEM analyse

• 10A in trip spoel

• Fhoud = 60N

• Fveer = 3500N

• Schakelaar gaat uit

• Werkelijke trip stroom 7A

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

32 32

B ~ √F

H ~ I

Naar verzadiging

bij inschakelen

Ander principe gebaseerd op ‘medium energy magneten’

Demagnetisatie

bij uitschakelen

33 33

Toepassing in FMX

Oppervlakte magneet: 4760mm2

Oppervlakte luchtspleet 2015mm2

34 34

35 35