قاطع دايره هوایی

در برش‌کننده‌های هوایی، قوس الکتریکی در هوا به طور کاملاً ایستا شروع و خاموش می‌شود. این برش‌کننده‌ها برای ولتاژهای پایین استفاده می‌شوند، معمولاً تا ۱۵ کیلوولت، با ظرفیت شکستن ۵۰۰ مگاوات-آمپر. به عنوان مedium قطع قوس، برش‌کننده‌های هوایی مزایای زیر را نسبت به روغن ارائه می‌دهند:

• حذف ریسک‌ها و نگهداری مرتبط با استفاده از روغن.

• عدم وجود تنش مکانیکی ناشی از فشار گاز و حرکت روغن.

• حذف هزینه‌های مربوط به تعویض منظم روغن به دلیل تخریب روغن از عملیات شکستن متوالی.

در برش‌کننده‌های هوایی، جداسازی تماس و خاموش شدن قوس در هوا با فشار اتمسفری اتفاق می‌افتد، با استفاده از اصل مقاومت بالا. قوس از طریق مسیرهای قوس و مسیرهای خروجی گسترش می‌یابد، در حالی که مقاومت قوس از طریق تقسیم، خنک کردن و طولانی کردن افزایش می‌یابد.

مقاومت قوس تا زمانی افزایش می‌یابد که قطره ولتاژ در قوس بیش از ولتاژ سیستم شود، قوس در نقطه صفر جریان موج جریان متناوب خاموش می‌شود.

برش‌کننده‌های هوایی در مدارهای DC و AC تا ۱۲۰۰۰ V استفاده می‌شوند. معمولاً انواع داخل ساختمانی هستند که روی پنل‌های عمودی یا تجهیزات تحرک‌پذیر داخل ساختمان نصب می‌شوند و به طور گسترده در تجهیزات برش متوسط و پایین ولتاژ برای سیستم‌های AC استفاده می‌شوند.

برش‌کننده هوایی نوع ساده

ساده‌ترین نوع شامل دو تماس به شکل غازی است. ابتدا قوس بین کوتاه‌ترین فاصله غاز‌ها ایجاد می‌شود و به تدریج توسط جریان‌های کانوکشن از هوا گرم شده توسط قوس و تعامل میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی به بالا کشیده می‌شود. وقتی غاز‌ها کاملاً جدا می‌شوند، قوس از نوک به نوک گسترش می‌یابد و طولانی و خنک می‌شود.

کندی نسبی فرآیند و خطر گسترش قوس به قطعات فلزی مجاور کاربرد آن را به حدود ۵۰۰ V و مدارهای کم‌قدرت محدود می‌کند.

برش‌کننده هوایی نوع بادکننده مغناطیسی

در مدارهای با ولتاژ تا ۱۱ kV استفاده می‌شود، خاموش شدن قوس در برخی از برش‌کننده‌های هوایی از طریق میدان مغناطیسی از سیم‌پیچ‌های بادکننده متصل شده به سری با مدار قطع شده انجام می‌شود. این سیم‌پیچ‌ها قوس را به مسیرهای خروجی منتقل می‌کنند - خودشان قوس را خاموش نمی‌کنند. در مسیرهای خروجی، قوس طولانی، خنک و خاموش می‌شود. محافظ‌های قوس از گسترش قوس به شبکه‌های مجاور جلوگیری می‌کنند.

قطبیت، مسیرهای خروجی قوس و جزئیات عملیاتی برش‌کننده‌های هوایی
اهمیت قطبیت سیم‌پیچ

قطبیت صحیح سیم‌پیچ برای هدایت قوس به بالا ضروری است، با استفاده از نیروهای الکترومغناطیسی برای افزایش حرکت قوس. این اصل با جریان‌های خطای بالاتر مؤثرتر می‌شود و این برش‌کننده‌ها را قادر می‌سازد تا ظرفیت‌های شکستن بالاتری داشته باشند.

عملکرد مسیرهای خروجی قوس

مسیر خروجی قوس دستگاه کلیدی برای خاموش شدن قوس در هوا است که سه نقش مرتبط با یکدیگر ایفا می‌کند:

• محدود کردن قوس: قوس را به فضا محدود می‌کند و از گسترش ناکنترل‌شده جلوگیری می‌کند.

• کنترل مغناطیسی: حرکت قوس را از طریق میدان‌های مغناطیسی هدایت می‌کند تا خاموش شدن در مسیر خروجی تسهیل شود.

• خنک کردن سریع: گازهای قوس را از طریق خنک کردن شدید دی‌ایونیزه می‌کند و خاموش شدن قوس را تضمین می‌کند.

طراحی برش‌کننده هوایی نوع مسیر خروجی هوایی

برای مدارهای پایین و متوسط ولتاژ، این برش‌کننده شامل موارد زیر است:

• مجموعه‌های تماس دوگانه:

• تماس‌های اصلی: مبتنی بر مس، با پوشش نقره برای مقاومت کم، جریان عادی را در حالت بسته هدایت می‌کند.

• تماس‌های قوس (کمکی): آلیاژ مس مقاوم در برابر گرما، طراحی شده برای تحمل قوس در هنگام قطع خطای. این تماس‌ها قبل از تماس‌های اصلی بسته و بعد از آن‌ها باز می‌شوند تا تماس‌های اصلی را از آسیب محافظت کنند.

• مکانیسم بادکننده: لایه‌های فولادی در مسیرهای خروجی قوس میدان‌های مغناطیسی ایجاد می‌کنند که حرکت قوس به بالا را تسریع می‌دهند. این صفحات قوس را به سری قوس‌های کوتاه تقسیم می‌کنند و کل قطره ولتاژ (قطب مثبت + قطب منفی) را در قوس‌ها افزایش می‌دهند. اگر این مجموع از ولتاژ سیستم بیشتر باشد، قوس به سرعت خاموش می‌شود.

• عملیات خنک کردن: تماس قوس با صفحات فولادی خنک، قوس را به سرعت خنک و دی‌ایونیزه می‌کند که با نیروهای بادکننده طبیعی یا مغناطیسی کمک می‌شود.

اصول کار

• رویداد خطا: تماس‌های اصلی ابتدا جدا می‌شوند و جریان به تماس‌های قوس منتقل می‌شود.

• تشکیل قوس: هنگامی که تماس‌های قوس جدا می‌شوند، یک قوس بین آن‌ها ایجاد می‌شود.

• حرکت قوس: نیروهای الکترومغناطیسی و حرارتی قوس را به طول مسیرهای قوس می‌کشند.

• تقسیم و خاموش شدن قوس: قوس توسط صفحات تقسیم‌کننده تقسیم، طولانی، خنک و دی‌ایونیزه می‌شود که منجر به خاموش شدن آن می‌شود.

کاربردها

• تجهیزات جانبی ایستگاه‌های تولید برق و کارخانه‌های صنعتی: مناسب برای محیط‌هایی که نیاز به کاهش خطر آتش‌سوزی/انفجار است.

• سیستم‌های DC: از طولانی کردن قوس، مسیرهای قوس و بادکننده مغناطیسی برای برش‌کننده‌های تا ۱۵ kV استفاده می‌کنند.

محدودیت

• ناکارایی در جریان‌های پایین: مسیرهای خروجی قوس در جریان‌های پایین به دلیل میدان‌های الکترومغناطیسی ضعیف‌تر کمتر موثر هستند، که منجر به حرکت کندتر قوس به مسیر خروجی و ممکن است تأخیر در قطع می‌شود.

این طراحی توازن بین سادگی و قابلیت اطمینان را برای کاربردهای متوسط و پایین ولتاژ فراهم می‌کند، اگرچه عملکرد آن با مقدار جریان متفاوت است.