PMアクチュエータは信頼性があるのか比較と利点

サーキットブレーカーの動作機構の性能は、信頼性と安全性の高い電力供給に決定的な役割を果たします。さまざまな機構がそれぞれの利点を持っていますが、新しいタイプの出現によって従来のものが完全に置き換えられるわけではありません。例えば、環境に優しいガス絶縁が台頭しているにもかかわらず、固体絶縁リングメインユニットは市場の約8％を占めており、新しい技術が既存のソリューションを完全に置き換えることは稀です。

永久磁石アクチュエータ（PMA）は、永久磁石、閉鎖コイル、開放コイルで構成されています。これは、ばね駆動機構に見られる機械的リンクやトリップおよびラッチング機構を排除し、非常に少ない部品数でシンプルな構造を実現しています。切り替え時に動作する主な可動部品は一つだけであり、高い信頼性を提供します。この機構は、永久磁石を使用してブレーカーの位置を維持し、永久磁石によるラッチングと電子制御を持つ電磁アクチュエーションのカテゴリーに属します。しかし、閉鎖と開放のために必要な高電磁エネルギーのために、通常は大容量のエネルギーストアキャパシタが必要です。

PMA機構は、主に単安定型と双安定型、単コイルまたはデュアルコイル構成に分類されますが、その間には明確な優劣はありません。

双安定型永久磁石機構は、閉鎖位置と開放位置の両方で永久磁石を使用してラッチングを行います。閉鎖と開放の動作は、別々の励磁コイルを励磁して可動鉄心を駆動することで達成されます。同じ条件下では、双安定型はピーク閉鎖電流が低いです。小さな電流により制御回路が簡素化され、信頼性が向上し、コントローラーの損傷リスクも低減されます。さらに、必要とするキャパシタの容量も小さく、通常100V/100,000μFの電解コンデンサで再閉鎖操作をサポートできます。ただし、双安定型PMA真空遮断器の初期開放速度は、全接触行程における平均速度よりも低いです。

単安定型永久磁石機構は、閉鎖位置のラッチングに永久磁石を使用し、開放位置はばねで維持します。閉鎖は、閉鎖コイルを励磁して可動コアを駆動し、同時に開放ばねにエネルギーを蓄積することで達成されます。開放は、蓄積されたばねのエネルギーを解放することで達成されます。

単安定型PMAは、開放時にばねに依存しているため、初期開放速度と平均開放速度は双安定型よりも優れており、ブレーカーの開放反力特性に適しています。ただし、閉鎖時に開放ばねにエネルギーを蓄積する必要があるため、同等条件でのピーク閉鎖電流は双安定型よりも大幅に高くなります。

AMVAC永久磁石駆動真空遮断器の最大定格電圧は27kVです。15kVモデルは、最大定格電流3000A、短絡切断電流50kA、短絡接続電流130kAをサポートします。

なぜ広く採用されていないのか？

1. コスト効率（コストパフォーマンス）

PMAサーキットブレーカーは、可動部品が少なく、構造がシンプルで、真空遮断器に適した電磁力特性を持っています。機械的な耐久性は10万回以上の動作に対応しており、これは通常のばね機構の3万回を超えるものです。これにより、頻繁なスイッチングや高操作回数のアプリケーションに理想的です。また、電子制御により自動化も容易です。しかし、高品質なPMAブレーカーは非常に高価です。そのため、メンテナンスフリーの運用、高い信頼性、改善された電力継続性が重要な石油化学プラントや海洋プラットフォームなどのプレミアムアプリケーションで主に使用されています。

2. 品質に関する懸念

PMAブレーカーは、キャパシタ、永久磁石、電磁石、電子回路など、非常に高品質な部品を要求します。低品質のPMAブレーカーと標準的なばね機構を比較することは不公平かつ誤解を招く可能性があります。劣ったキャパシタや他の部品を使用すると、全体的な製品品質が低下します。ばね駆動機構とは異なり、PMA機構は個別の部品の交換や修理が困難で高コストがかかります。この高い交換コストがPMAサーキットブレーカーの広範な採用を妨げています。