電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)適用于北美市場(chǎng)的中壓金屬鎧裝開關(guān)設(shè)備需要滿足嚴(yán)格的要求，根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)（UL測(cè)試是為了滿足這一標(biāo)準(zhǔn)），斷路器在開關(guān)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行測(cè)試，降溫非常有限，因此限制溫升成為一個(gè)主要挑戰(zhàn)。如果不進(jìn)行任何更改以充分對(duì)斷路器降溫，為符合北美標(biāo)準(zhǔn)，采用IEC設(shè)計(jì)的開關(guān)柜不得不大幅降低額容使用。此外，IEEE/ANSI設(shè)計(jì)的設(shè)備要求母線絕緣，這使得更難對(duì)使用斷路器的開關(guān)設(shè)備的某些隔間中的臨界載流母線降溫。或者，必須采用昂貴的散熱器來限制溫度上升。在緊湊的空間中，增加散熱器是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，并對(duì)通過所需的雷電沖擊耐受電壓提出了重大挑戰(zhàn)。散熱器的形狀可能對(duì)空間限制構(gòu)成威脅，因?yàn)樯崞鞯募怃J邊緣將需要大的電氣間距和爬電距離。緊湊型開關(guān)設(shè)備還限制了相間和相間接地之間的空間，這對(duì)在95 kV下通過所需的雷電沖擊測(cè)試提出了重大挑戰(zhàn)。

真空斷路器技術(shù)的最新進(jìn)展提高了真空斷路器的性能和可靠性。新型真空滅弧室采用了更好的接觸材料，如鉻銅，并使用軸向磁場(chǎng)（AMF）或徑向磁場(chǎng)（RMF）場(chǎng)接觸系統(tǒng)。此外，這些斷路器是永磁驅(qū)動(dòng)的（帶有螺線管），包括存儲(chǔ)操作能量的內(nèi)置電容器和電子跳閘裝置。與機(jī)械（彈簧）操作的斷路器相比，這些斷路器的移動(dòng)部件更少，并且在增強(qiáng)的生命周期（酷刑）測(cè)試和世界各地的安裝中被證明更加可靠。ABB VM1和Eaton VCP-TL就是這種永磁驅(qū)動(dòng)斷路器的例子。這些斷路器設(shè)計(jì)用于在沒有故障的情況下執(zhí)行100000次操作，因?yàn)橐苿?dòng)部件的數(shù)量要少得多。

這些斷路器看起來幾乎像低壓斷路器，如果滿足ANSI/UL的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，15 kV金屬鎧裝開關(guān)設(shè)備的占地面積將比處理同等功率的低壓開關(guān)設(shè)備低約25%。這種中壓開關(guān)設(shè)備的可靠性也會(huì)高得多。這樣的產(chǎn)品將為關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)中心、海事和其他應(yīng)用節(jié)省大量空間。

在設(shè)計(jì)新型金屬鎧裝開關(guān)設(shè)備時(shí)，考慮了以下參數(shù)：

• *完全柜前操作、安裝、維修

• *目標(biāo)尺寸：24英寸(609.6mm)寬x 60英寸(1524mm)

  深x 96英寸(2438mm)高

• *耐電弧，2A級(jí)

• *紅外觀察端口和觀察窗口

• *前部可接近600V CT和前部連接電纜

• *抽出式斷路器（永磁操作VM1）、PT和CPT

• *母線全絕緣

• *根據(jù)ANSI/IEEE標(biāo)準(zhǔn)UL和cUL列表（金屬鍍層和抗電弧）

緊湊的尺寸帶來了巨大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，以適應(yīng)相互沖突的需求。例如，95 kV的雷電沖擊測(cè)試需要更大的相間和相間間距，而緊湊的設(shè)計(jì)是不允許的。此外，在額定電流下提供足夠的冷卻需要更大的空間和更好的空氣循環(huán)，這在緊湊的設(shè)計(jì)中是不可能的。開關(guān)設(shè)備必須滿足電弧測(cè)試要求，這說明開關(guān)設(shè)備在電弧排出方面是有效的，這一事實(shí)增加了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們很清楚，廣泛的模擬將是為這樣一個(gè)多維優(yōu)化問題找到合適解決方案的最佳方法。IEM對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行了廣泛的數(shù)學(xué)分析：

（1）開關(guān)設(shè)備的熱特性，以研究額定電流下的溫升和熱點(diǎn)；

（2）短路等故障條件下開關(guān)設(shè)備的電磁力分析；

（3）雷電沖擊試驗(yàn)期間的介電分析；

（4）分析電弧和氣體的傳播，以及在電弧故障期間在各種開關(guān)設(shè)備隔間中產(chǎn)生的壓力。

這種廣泛模擬的好處使我們能夠定義初始解決方案，然后用于構(gòu)建用于測(cè)試的原型單元。如果沒有廣泛分析的好處，解決方案將需要通過試錯(cuò)進(jìn)行廣泛的測(cè)試，需要大量的樣本和非常昂貴的測(cè)試成本。

說明，該產(chǎn)品在滿足IEEE C37.20.2標(biāo)準(zhǔn)要求的全絕緣母線、溫升標(biāo)準(zhǔn)低10k、隔室間完全隔絕、內(nèi)部電弧2A、材料表面處理等要求的情況下，摒棄美國(guó)傳統(tǒng)36英寸寬雙層斷路器設(shè)計(jì)，24英寸緊湊型單層，具有柜前安裝維護(hù)、永磁機(jī)構(gòu)斷路器、保留美標(biāo)甜甜圈電流互感器觸頭盒安裝、紅外觀察窗等設(shè)計(jì)。顯然由于不符合美國(guó)傳統(tǒng)開關(guān)柜設(shè)計(jì)，市場(chǎng)很難接受，但對(duì)于特殊用戶，還有美國(guó)外需求，還是會(huì)有一定的市場(chǎng)。