Pneumatický spínač

V obvodovém vypínači s vzdušnou izolací se oblouk zahajuje a uhasí ve statickém vzduchu, když se oblouk pohybuje. Tyto vypínače se používají pro nízké napětí, obvykle až do 15 kV, s přerušovací kapacitou 500 MVA. Jako prostředek pro uhašení oblouku nabízí vzduchové obvodové vypínače několik výhod oproti oleji, včetně:

• Eliminace rizik a údržby spojených s použitím oleje.

• Absence mechanického namáhání způsobeného tlakem plynu a pohybem oleje.

• Eliminace nákladů na pravidelnou výměnu oleje z důvodu jeho degradace po opakovaných přerušovacích operacích.

U vzduchových obvodových vypínačů dochází ke separaci kontaktů a uhašení oblouku ve vzduchu pod atmosférickým tlakem, s využitím principu vysokého odporu. Oblouk je rozšířen pomocí obloukových běžců a štěrbin, zatímco odpor oblouku je zvýšen dělením, chlazením a prodlužováním.

Odpor oblouku se zvyšuje, dokud padec napětí přes oblouk nepřekročí systémové napětí, což vedá k uhašení oblouku v nulovém bodě střídavého proudu.

Vzduchové obvodové vypínače se používají v DC obvodech a AC obvodech až do 12 000 V. Typicky jsou to vnitřní typy, které jsou instalovány na svislých panelech nebo vnitřním vyjímacím rozvodu, široce používané v vnitřním středním a nízkém napětí pro AC systémy.

Prostý typ vzduchového obvodového vypínače

Nejprostší varianta má dva rohovité kontakty. Počáteční oblouk se tvoří mezi nejkratší vzdáleností mezi rohy a je postupně veden vzhůru konvekčními proudy z obloukově zahřátého vzduchu a interakcí magnetických a elektrických polí. Když se rohy plně oddělí, oblouk sahá od jednoho okraje k druhému, což umožňuje prodloužení a ochlazení.

Relativní pomalost procesu a riziko šíření oblouku na sousední kovové komponenty omezují jeho použití na přibližně 500 V a nízkovýkonové obvody.

Typ vzduchového obvodového vypínače s magnetickým vytlačováním

Používá se v obvodech s napětím až do 11 kV, kde je uhašení oblouku dosaženo pomocí magnetického pole z vytlačovacích civek spojených sériově s přerušovaným obvodem. Tyto cívky pohybují oblouk do štěrbin - samy oblouk neuhasí. V štěrbinech je oblouk prodlužován, chlazen a uhašen. Ochranné štíty zabráňují šíření oblouku do sousedních sítí.

Polarita, štěrby a provozní detaily vzduchových obvodových vypínačů
Význam polarizace cívky

Správná polarita cívky je klíčová pro směrování oblouku vzhůru, využívající elektromagnetické síly k zlepšení pohybu oblouku. Tento princip se stává efektivnějším s vyššími poruchovými proudy, což umožňuje těmto vypínačům dosáhnout vyšší přerušovací kapacity.

Funkce štěrby

Štěrba je klíčovým zařízením pro uhašení oblouku ve vzduchu, plní tři vzájemně související role:

• Omezení oblouku: Omezí oblouk do definovaného prostoru, aby se zabránilo nekontrolovanému šíření.

• Magnetická kontrola: Řídí pohyb oblouku pomocí magnetických polí, aby bylo možné ho uhasit uvnitř štěrby.

• Rychlé chlazení: Dezionizuje obloukové plyny intenzivním chlazením, což zajistí uhašení oblouku.

Návrh vzduchového obvodového vypínače s vzduchovou štěrbou

Pro nízkový a středový napěťový obvod má tento vypínač:

• Dvojice kontaktů:

• Hlavní kontakty: Z mědi, lemované stříbrem pro nízký odpor, vede normální proud v uzavřené poloze.

• Obloukové (pomocné) kontakty: Z tepelně odolného měděného slitiny, navrženy tak, aby odolaly oblouku během přerušení poruchy. Zavírají se před hlavními kontakty a otevírají se po nich, aby chránily hlavní kontakty před poškozením.

• Mechanismus vytlačování: Ocelové vložky v obloukových štěrbách vytvářejí magnetická pole, která urychlují pohyb oblouku vzhůru. Tyto desky rozdělují oblouk na řadu krátkých oblouků, což zvyšuje celkový padec napětí (anodový + katodový padec) přes oblouky. Pokud tato suma překročí systémové napětí, oblouk se rychle uhasí.

• Chlazicí akce: Kontakt oblouku s chladnými ocelovými deskami rychle ochlazuje a dezionizuje oblouk, podporován přirozenými nebo magnetickými vytlačovacími silami.

Princip fungování

• Výskyt poruchy: Hlavní kontakty se nejdříve oddělí, přesouvají proud na obloukové kontakty.

• Tvorba oblouku: Když se obloukové kontakty oddělí, oblouk se táhne mezi nimi.

• Pohyb oblouku: Elektromagnetické a termické síly pohybují oblouk vzhůru po obloukových běžcích.

• Rozdělení a uhašení oblouku: Oblouk je rozdělen splitterovými deskami, prodloužen, ochlazen a dezionizován, což vede k uhašení.

Aplikace

• Příslušenství elektráren a průmyslových zařízení: Je vhodné pro prostředí, kde je třeba snížit riziko požárů a explozí.

• DC systémy: Používají prodlužování oblouku, běžce a magnetické vytlačování pro vypínače až do 15 kV.

Omezení

• Nízká efektivita při nízkých proudech: Štěrby jsou méně efektivní při nízkých proudech kvůli slabším magnetickým polím, což způsobuje pomalejší pohyb oblouku do štěrby a potenciálně zpožděné přerušení.

Tento návrh vyváží jednoduchost a spolehlivost pro střední a nízké napětí, i když jeho výkon se liší s magnitudou proudu.