Primaveramecanismos operativos, los mecanismos operativos de imanes permanentes y los mecanismos operativos electromagnéticos son los tres mecanismos operativos más importantes en los disyuntores de media y alta tensión. Son responsables de controlar las acciones de "apertura" (desconectar el circuito) y "cierre" (conectar el circuito) del disyuntor.
A continuación, profundizaré en las diferencias y conexiones entre los tres.
I. Comparación de diferencias fundamentales
| Dimensiones características | Mecanismo de operación de resorte | Mecanismo operativo de imán permanente | Mecanismo de funcionamiento electromagnético. |
|---|---|---|---|
| Método de almacenamiento de energía | Resorte mecánico (resorte de cierre/resorte de apertura) | Imán Permanente + Condensador | Fuerza electromagnética directa, sin-componentes de almacenamiento de energía a largo plazo. |
| Principio de funcionamiento | El motor comprime el resorte de cierre para almacenar energía y libera la energía para impulsar el cierre; el mecanismo de apertura funciona de manera similar. | El imán permanente proporciona la fuerza de sujeción; el condensador se descarga instantáneamente, generando una fuerza electromagnética inversa para impulsar la apertura/cierre. | La bobina se energiza directamente, generando fuerza electromagnética para impulsar el núcleo de hierro, completando directamente la operación de apertura/cierre. |
| Velocidad de operación | Relativamente rápido, pero limitado por el proceso mecánico de liberación del resorte. | Extremadamente rápido; la fuerza electromagnética es directa, sin enlaces mecánicos intermedios. | La velocidad depende de la magnitud actual; generalmente lento y requiere enormes corrientes para aplicaciones de alta potencia. |
| Consumo de energía | Bajo consumo de energía. El motor de almacenamiento de energía solo funciona por un breve momento durante el almacenamiento de energía, lo que resulta en un bajo consumo de energía. | Consumo de energía extremadamente bajo. El condensador se descarga instantáneamente sólo durante el funcionamiento; de lo contrario, casi no consume energía. | Alta eficiencia. Requiere un suministro continuo de alta corriente durante toda la operación. |
| Complejidad estructural | Complejo. Muchas piezas mecánicas, como levas, bielas, pestillos y resortes. | Simple. Muy pocas piezas móviles; principalmente un núcleo de hierro en movimiento. |
Simple. Consiste principalmente en una bobina y un núcleo de hierro. |
| Fiabilidad/Mantenimiento | Alta fiabilidad, pero desgaste mecánico importante, que requiere mantenimiento y lubricación regulares. | Alta confiabilidad. Sin desgaste mecánico; largo ciclo sin-mantenimiento. |
La confiabilidad es moderada. Los componentes eléctricos son simples, pero la alta corriente impone altas exigencias al circuito de control. |
| Costo | Costo de fabricación moderado, tecnología madura y amplia aplicación. | Mayor coste de fabricación (se basa en controladores inteligentes e imanes permanentes de neodimio, hierro y boro de alto-rendimiento). |
El costo de fabricación es relativamente bajo, pero los costos operativos (sistema de suministro de energía) pueden ser altos.
|
| Aplicaciones principales | El más común en el campo de media tensión, que cubre disyuntores de vacío de 10 kV a 40,5 kV y algunos disyuntores de SF6. | Adecuado para aplicaciones de gama alta-en el rango de voltaje medio (12 kV-40,5 kV) y para aplicaciones con requisitos de alto rendimiento. | Se está eliminando gradualmente y se utiliza principalmente en algunos disyuntores de bajo-voltaje o en ciertos disyuntores de voltaje medio- y alto-más antiguos. |
II. Explicación detallada de los principios de funcionamiento y las características de cada mecanismo
1. Mecanismo operativo de resorte
Principio de funcionamiento:
Almacenamiento de energía: un pequeño motor comprime el resorte de cierre para almacenar energía, que se mantiene mediante un dispositivo de bloqueo mecánico.
Cierre: Se da una señal eléctrica a la bobina de cierre, liberando el mecanismo de bloqueo. La energía del resorte de cierre se amplifica a través de un mecanismo de articulación y leva, empujando rápidamente los contactos del disyuntor para cerrar el circuito. Al mismo tiempo, durante el proceso de cierre, el resorte de apertura normalmente se comprime para almacenar energía.
Apertura: Se da una señal eléctrica a la bobina de apertura, liberando el mecanismo de bloqueo del resorte de apertura. La energía del resorte de apertura se libera, lo que hace que los contactos se separen rápidamente.
Ventajas:
Tecnología madura, amplia aplicación y costo relativamente controlable.
Después del almacenamiento de energía, la potencia de control necesaria para las operaciones de apertura/cierre es muy pequeña (sólo es necesario activar la bobina de bloqueo).
La fiabilidad ha sido demostrada durante un largo período.
Desventajas:
Estructura compleja, muchas piezas y altos requisitos de precisión de fabricación y montaje.
Existen riesgos de desgaste mecánico, fatiga y atascos que requieren un mantenimiento regular.
El tiempo de acción está algo disperso, lo que lo hace menos preciso que un mecanismo de imán permanente.
2. Mecanismo operativo de imán permanente
Principio de funcionamiento:
Estado de retención: el núcleo del mecanismo es un sistema de circuito magnético compuesto por un imán permanente de alto-rendimiento (como neodimio, hierro y boro) y una bobina. La fuerza magnética generada por el imán permanente mantiene estable el núcleo de hierro en movimiento en la posición "abierta" o "cerrada".
Proceso de acción: cuando se requiere operación, un-banco de capacitores de gran capacidad se descarga instantáneamente en la bobina.
Cerrar: El campo magnético generado por la descarga del capacitor se alinea con el campo magnético permanente, lo que mejora la fuerza magnética y lleva el núcleo de hierro a la posición cerrada, donde es sostenido por la fuerza del imán permanente.
Abierto: El condensador se descarga en dirección inversa, generando un campo magnético que anula o invierte el campo magnético permanente, debilitando la fuerza de retención. Bajo la acción del resorte de apertura o el diseño del propio circuito magnético, el núcleo de hierro se mueve rápidamente a la posición abierta y es retenido por la fuerza del imán permanente.
Ventajas:
Estructura extremadamente simple, con una sola parte móvil, prácticamente sin desgaste mecánico, verdaderamente libre de mantenimiento-.
Velocidad de funcionamiento rápida, baja dispersión y rendimiento estable.
Consumo de energía extremadamente bajo, obteniendo energía únicamente del condensador en el instante de operación.
Desventajas:
Altos requisitos para el rendimiento de los materiales magnéticos permanentes (como la coercitividad y la resistencia a altas{0}}temperaturas) y el controlador, lo que genera mayores costos.
Existe el riesgo de "desmagnetización" (aunque los materiales modernos lo han mejorado mucho) y una vez que se produce la desmagnetización, el mecanismo fallará.
El circuito de control es relativamente complejo y depende de la carga fiable de los condensadores.
3. Mecanismo operativo electromagnético
Principio de funcionamiento:
Se suministra directamente una gran corriente a la bobina de cierre o apertura.
La bobina genera una fuerte fuerza electromagnética, que atrae o empuja directamente el núcleo de hierro, impulsando así los contactos del disyuntor para completar la operación de apertura o cierre.
Una vez completada la operación, se corta la corriente, la fuerza electromagnética desaparece y el mecanismo se mantiene en su posición final mediante pestillos mecánicos u otros medios.
Ventajas:
Principio simple, bajo costo de fabricación.
Acción directa, sin complejos enlaces intermedios de almacenamiento y transmisión de energía.
Desventajas:
¡Enorme consumo de energía! Requiere una fuente de alimentación de CC de alta-capacidad o una fuente de alimentación operativa para proporcionar cientos de amperios de corriente instantánea.
Fuerte dependencia del suministro eléctrico operativo; Las fluctuaciones de energía afectan directamente el rendimiento operativo.
Gran impacto y alto ruido durante el funcionamiento.
Debido a estos fatales inconvenientes, ha sido reemplazado en gran medida por mecanismos de resorte e imanes permanentes en aplicaciones de media y alta tensión.
III. Relación entre los tres
Función principal:Los tres mecanismos comparten el mismo propósito fundamental: proporcionar la energía mecánica necesaria para las operaciones de apertura y cierre del interruptor, asegurando un funcionamiento rápido y confiable.
Naturaleza de la conversión de energía:Básicamente, los tres convierten la energía eléctrica en energía mecánica. El mecanismo de resorte convierte la energía eléctrica en energía mecánica (por ejemplo, energía eléctrica → energía mecánica del motor → energía potencial del resorte → energía cinética); el mecanismo de imán permanente convierte la energía eléctrica (por ejemplo, un condensador) en energía electromagnética en energía cinética; y el mecanismo electromagnético convierte la energía eléctrica (directamente) en energía electromagnética en energía cinética.
Evolución Tecnológica:Representan las vías de desarrollo tecnológico de los mecanismos operativos:
Los mecanismos electromagnéticos fueron una de las primeras tecnologías, que fueron desechadas debido al alto consumo de energía.
Los mecanismos de resorte, como tecnología de segunda-generación, resolvieron el problema del consumo de energía mediante "energía pre-almacenada", convirtiéndose en la corriente principal durante las últimas décadas.
Los mecanismos de imanes permanentes son la tecnología de tercera-generación, que logran una alta confiabilidad y un funcionamiento sin mantenimiento-a través de una estructura mecánica simplificada, y representan la dirección de desarrollo actual.
Aplicaciones híbridas:También se ven tecnologías híbridas en algunos diseños. Por ejemplo, algunos mecanismos de imán permanente pueden complementarse con pequeños resortes para ayudar a amortiguar el circuito al final del proceso de disparo o para garantizar la confiabilidad, pero esto no cambia el hecho de que se basan en un accionamiento de imán permanente.
En resumen
Los mecanismos operados por Spring-son actualmente el pilar más utilizado y tecnológicamente maduro, y ofrecen una alta rentabilidad-pero requieren mantenimiento.
Los mecanismos operados con imanes permanentes-representan el futuro de la tecnología, reconocidos por su alta confiabilidad, funcionamiento sin mantenimiento-y larga vida útil, lo que los hace particularmente adecuados para redes eléctricas inteligentes con altos requisitos de mantenimiento, pero con costos iniciales más altos.
Los mecanismos operados-electromagnéticamente son obsoletos o se limitan a aplicaciones de bajo-voltaje y bajo-voltaje debido a su importante consumo de energía y sus estrictos requisitos de suministro de energía.
Al seleccionar un tablero, es necesario considerar de manera integral el costo, los requisitos de confiabilidad, las capacidades de mantenimiento y el nivel general de inteligencia del tablero.
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