Gazlı Yüksek Gerilimli Anahtardaki Puffer Kesmesi
Puffer Tipi SF6 Anahtarındaki Ark Söndürme Sürecinin Ayrıntılı Açıklaması
Bir puffer tipi SF6 anahtarında, ark söndürme süreci özellikle kısa devre koşullarında yüksek akımların güvenilir bir şekilde kesilmesini sağlayacak kritik bir mekanizmadır. Bu süreç, ana kontaklar, ark kontakları ve PTFE (Politetraflüoretilen) nozul arasındaki etkileşimle oluşur. Nozul, sıkıştırılmış SF6 gazının akışını yönlendirerek arki söndürür. Aşağıda, adım adım ayrıntılı bir şekilde ark söndürme süreci açıklanmıştır:
Başlangıç Durumu: Ana Kontaklar Açık, Akım Ark Kontaklarına Geçmiştir
Ana Kontaklar: Normal yük akımını taşımaya tasarlanmış daha büyük ana kontaklar, ark kontaklarının dışına merkezi olarak yerleştirilmiştir. Bu başlangıç durumunda, ana kontaklar zaten açılmış ve akım ark kontaklarına aktarılmıştır (komüt edilmiştir).
Ark Kontaklar: Ark kontaklar, arklama sırasında oluşan yüksek sıcaklıklar ve basınçlara karşı özel olarak tasarlanmıştır. Daha küçüktürler ve hemen açılmak üzere olan bu kontaklar arasında bir ark oluşacaktır.
Ark Başlangıcı: Ark Kontakların Ayrılması Başlıyor
Ark kontaklar ayrılmaya başladığında, akım onların arasındaki küçük boşlukta devam ederek bir ark oluşturur. Bu aşamada, ark hala nispeten istikrarlıdır ve hareketli kontakla sabitlenmiş PTFE nozul, puffer haciminden sıkıştırılmış SF6 gazını arka doğru yönlendirmeye başlar.
Gaz akışı başlangıçta sınırlıdır çünkü ark kesiti, özellikle yüksek kısa devre akımlarında, büyük olabilir. Bu fenomen, ark kesitin nozul boğaz çapından büyük olması durumudur ve "akım tıkanması" olarak bilinir. Akım tıkanması sırasında, ark gaz akışını kısmen engeller ve bu da arki etkili bir şekilde soğutmasını önler.
Gaz Basıncının Artması ve Ark Daralması
Mekanik Hareket ve Isı Transferi: Ark kontaklar ayrılmaya devam ettikçe, kontakların mekanik hareketi puffer hacimindeki SF6 gazını daha fazla sıkıştırır. Ayrıca, arktan gelen ısı gazın sıcaklığını hızla yükseltir. Bu mekanik sıkıştırma ve ısı transferi kombinasyonu, puffer hacimindeki gaz basıncını önemli ölçüde artırır.
Akım Sıfır Kesitine Yaklaşma: Ark, doğal sıfır kesitine (alternatif akımın sıfır geçtiği nokta) yaklaşırken, ark kesiti azalmaya başlar. Bu, ark boyutunun azalması, sıkıştırılmış SF6 gazının nozul üzerinden daha özgürce akmasına olanak tanır.
Güçlü Gaz Patlaması: Ark kontaklar tamamen ayrıldığı anda, puffer hacimindeki sıkıştırılmış gaz nozul üzerinden salınır ve ark üzerine doğrudan güçlü bir patlama oluşturur. Bu yüksek hızlı gaz akışı, arki hızlı bir şekilde soğutur, uzatır ve iyonlaşmış plazmayı bozar, böylece arknın sona ermesine neden olur.
Ark Sonu ve Dielektrik Güç Geri Kazanımı
Ark Söndürülmesi: Ark, akım sıfır kesitinde söndürüldüğünde, akım akışı son bulur ve ark artık mevcut değildir. Arkın yokluğu, ısı kaynağı kaldırılmasına neden olur ve bu da SF6 gazının soğumasına olanak tanır.
Gaz Parçacıklarının Tekrar Birleşmesi: Ark söndürüldükten sonra, ayrışmış SF6 gaz parçacıkları (örneğin SF4, S2F10 vb.) tekrar birleşmeye başlar ve SF6'nın orijinal kimyasal yapısı geri kazanılır. Bu yeniden birleşme süreci, gazın yalıtım özelliklerini de geri getirir.
Dielektrik Güç Geri Kazanımı: Gaz parçacıklarının hızlı yeniden birleşmesi ve gazın soğuması, kontaklar arasındaki dielektrik gücü hızlı bir şekilde geri kazanır. Bu, akım sıfır geçtikten sonra kontaklar arasındaki voltaj arttığında arkin yeniden yanmasını önler.
Kontak Hareketi Durdurulur: Ark söndürüldüğünde ve dielektrik güç geri kazanıldığında, kontak hareketi durur. Devre kesicinin (CB) içindeki gaz basıncı dengelenecek ve sistem normal, iletken olmayan bir duruma dönecektir.
Not Edilecek Önemli Noktalar:
Akım Tıkanması: Yüksek kısa devre akımlarında, ark kesiti nozul boğaz çapından büyük olabilir, bu da geçici olarak gaz akışını engelleyebilir. Bu fenomen "akım tıkanması" olarak adlandırılır. Buna rağmen, mekanik sıkıştırma ve arktan gelen ısı transferi sayesinde gaz basıncı devam eder.
Puffer Hacmi ve Nozul Tasarımı: Puffer hacmi, sıkıştırılmış SF6 gazını depolayan kritik bir bileşenidir ve bu gaz daha sonra PTFE nozul üzerinden salınır. Nozul, gaz akışını arka doğru doğru yönlendirmek için tasarlanmıştır, böylece etkili bir soğutma ve ark söndürme sağlanır.
Hızlı Dielektrik Güç Geri Kazanımı: SF6 gazının en önemli avantajlarından biri, ark söndürüldükten sonra yalıtım özelliklerini hızlı bir şekilde geri kazanabilmesidir. Bu, devre kesicinin yüksek akımları güvenli bir şekilde kesmesine ve arkin yeniden yanma riski olmadan işlemesine olanak tanır.
Sonuç
Puffer tipi SF6 devre kesicisinin ark söndürme süreci, özellikle kısa devre koşullarında yüksek akımların kesilmesi için oldukça etkili ve güvenilir bir yöntemdir. Mekanik sıkıştırma, gaz akışı ve SF6 gazının benzersiz özellikleri, arkin hızlı bir şekilde söndürülmesini ve kontaklar arasındaki dielektrik gücün hızlı bir şekilde geri kazanılmasını sağlar. Bu tasarım, devre kesicinin büyük hata akımlarını işlerken elektrik sisteminin bütünlüğünü ve güvenliğini korumasına olanak tanır.
