Yüksek Gerilim Yük Anahtarı Teknolojilerinin Karşılaştırmalı Analizi

Yük anahtarı, devre kesiciler ve ayırıcılar arasında yer alan bir tür anahtarlama cihazıdır. Basit bir ark söndürme cihazı ile donatılmış olup, belirlenmiş yük akımını ve belirli aşırı yük akımlarını kesmekte fakat kısa devre akımlarını kesememektedir. Yük anahtarları, çalışma gerilimlerine göre yüksek gerilimli ve düşük gerilimli olmak üzere sınıflandırılabilir.

Katı gaz üreten yüksek gerilimli yük anahtarı: Bu tür, kendi kendini yakan arkın enerjisini kullanarak ark odasındaki gaz üretici malzemelerin gaz üretmesine neden olur. Yapısı basit ve maliyeti düşük olan bu tür, genel kullanım gereksinimlerini karşılamaktadır.

Sıkıştırılmış hava yüksek gerilimli yük anahtarı: Bu tür, açma işlemi sırasında pistonun sıkıştırma hava kullanarak arki dışarıya doğru püskürtür. Kesme sırasında piston, soğutma ve arki söndürmek için sıkıştırılan gazı dışarı atar. SF6 gazının mükemmel yalıtım özellikleri hızlı ark söndürmeye olanak sağlar, ancak yapısı biraz daha karmaşık olup, gaz nozulu yüksek sıcaklık direncine sahip politetraflüoroetilen (PTFE) gibi malzemeler kullanmalıdır.

Çevresel gazlı halka anahtarlı birimler de vakum kesici olmadan çalışabilen sıkıştırılmış hava yük anahtarı tasarımlarını kullanır. Bunlar, dönüşümçülerin koruması için tamamen yük anahtarı-füze kombinasyonlarının yerine geçebilir, müşterilerin dönüşümçülerde hızlı arızaların temizlenmesi için füzeleri devre kesicilere tercih etme eğilimleriyle uyumludur.

Vakumlu yüksek gerilimli yük anahtarı: Bu tür, ark söndürme için vakum ortamını kullanır, uzun elektrik ömrüne sahiptir ancak nispeten daha yüksek fiyata sahiptir. Modern çevresel gazlı halka anahtarlı birimler genellikle üç pozisyonlu anahtarlarla vakum yük anahtarı kombinasyonlarını benimser.

Yağlı yüksek gerilimli yük anahtarı: Bu tür, arkın kendisi tarafından çevreleyen yağı ayrıştırıp buharlaştırarak, arki soğutur ve söndürür. Yapısı nispeten basit ama ağır olup, Amerikan tarzı paket trafo merkezlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

SF6 yüksek gerilimli yük anahtarı: Bu tür, ark söndürme için SF6 gazını kullanır, tamamen yalıtılmış veya gaz torbası ile yalıtılmış halka anahtarlı birimlerde uygulanır. Kapasitif akımları kesmede mükemmel performans gösterir. SF6 ark söndürme yöntemleri arasında ark söndürme izgara, ark söndürme bobin ve sıkıştırılmış hava ark söndürme bulunmaktadır. Ark söndürme izgara yöntemi yaygın olarak kullanılır, düşük gerilimli hava devre kesicilerine benzer bir yapıya sahiptir. Kesme sırasında, ark izgaraya kestirilip soğutulur ve söndürülür. Ark söndürme izgaraları yalıtkan veya metalden yapılabilir.

Ark söndürme izgara yapısı basit olup, genel halka anahtarlı birim uygulamalarını karşılayabilir, örneğin E2 elektrik ömrü gereksinimlerini. Arttırılmış performans için malzeme ve yapının iyileştirilmesi gerekir.

Ark söndürme bobini, hareketli ve sabit kontakların ayrılmasından dolayı arknın oluştuğu anda, arknın kökü tüketicilik bobinin içindeki metal çekirdeğe aktarılır. Tüketicilik bobini geçen ark akımı, arka Lorentz kuvveti oluşturacak şekilde bir manyetik alan oluşturur, bu da arknın kökünü bobin çekirdeği etrafında yüksek hızda dönmeye zorlar. Bu, arkı soğuturken sürekli olarak yeni SF6 gazına maruz kalmasını sağlar, akım sıfır geçişinde arkı söndürür. Tüketicilik bobinleri, mükemmel kesme performansı ve uzun elektrik ömrüne sahiptir, aktif yük kesme işlemleri için 200 işleme dayanabilir.

SF6 yerine geçiş sağlamak amacıyla paralel vakum ark söndürücülü yük anahtarları geliştirilmiştir. Kesme sırasında, paralel vakum kesici, ark akımını vakum kesiciye yönlendirerek söndürür. Seri vakum kesme ile karşılaştırıldığında, bu yaklaşım işletim mekanizmasını basitleştirir, SF6 yük anahtarlarıyla aynı işletim mekanizmasını korur. Küçük boyutu, kolay kurulum, kullanımı ve düşük maliyet sunar.

Kontak aralığını artırma ve diğer yöntemlerle çevresel gaz ark söndürme gerçekleştirilebilir, bu da halka anahtarlı birimlerde SF6'nın çevresel gazlarla değiştirilmesini gerçekleştirmektedir, maliyeti artırmadan (vakum anahtarları kullanmadan).