Ilmaerottimen varauskytkin

Ilmassa sijaitsevassa katkaisijassa kaari alkaa ja sammuu pääasiassa staattisessa ilmassa, kun kaari liikkuu. Näitä katkaisimia käytetään matalilla jännitteillä, yleensä enintään 15 kV:ssa, katkaisukapasiteettina 500 MVA. Ilmakatkaisijat tarjoavat useita etuja öljyyn verrattuna, mukaan lukien:

• Öljyn käytön aiheuttamien riskien ja huollon poistaminen.

• Kaasupaineen ja öljyn liikkumisen aiheuttaman mekaanisen stressin puute.

• Säännöllisten öljynvaihtojen kustannusten poistaminen, joista aiheutuu öljyn heikentyminen toistuvista katkaisutoiminnoista.

Ilmakatkaisijissa kontaktien erottelu ja kaarin sammuminen tapahtuu ilmakehän paineessa, hyödyntäen korkean vastuksen periaatetta. Kaaria levitetään kaarilaidun kautta ja putkereiden avulla, samalla lisätään kaarin vastusta jakamalla, jäättämällä ja piteneväksi tekemällä.

Kaarin vastus on suurempi, kunnes kaarin yli kulkeva jännite ylittää järjestelmän jännitteen, mikä sammuttaa kaarin vaihtovirtasäteen nollakohtia vastaavasti.

Ilmakatkaisijia käytetään sekä jännitteessä DC että AC järjestelmissä enintään 12 000 V:ssa. Niitä käytetään tyypillisesti sisätiloissa, asennetaan pystysuuntaisiin paneeliin tai sisäiseen vetokappaleeseen, laajasti sisäisissä keski- ja matalajännitejärjestelmissä vaihtovirtajärjestelmille.

Yksinkertainen ilmakatkaisija

Yksinkertaisimmassa versiossa on kaksi sarvismuotoista yhteyttä. Kaari alkaa lyhyimmässä etäisyydessä sarvejen välillä ja se liikkuu hitaasti ylöspäin kaarin lämmityksen aiheuttaman konvektioliikkeen ja magneettisten ja sähköisten kenttien vuorovaikutuksen myötä. Kun sarvet ovat täysin eroteltu, kaari ulottuu sarven kärjestä toisen sarven kärkeen, saavuttaen pituuden ja jäätyneisyyden.

Prosessin suhteellinen hitaus ja kaarin leviämisen riski naapuriin metalliosiin rajoittavat sen soveltamista noin 500 V:n ja alhaisen tehon piireihin.

Magneettinen tuuloputkimainen ilmakatkaisija

Jännitteessä enintään 11 kV:ssa, jotkut ilmakatkaisijat käyttävät kaarin sammumiseen magneteja, jotka ovat kytketty sarjaan katkaistavan piirin kanssa. Nämä magneetit siirtävät kaarin putkereihin, mutteivät itse sammuta kaarta. Putkereissa kaari pitenee, jäätyy ja sammuu. Kaarisuojat estävät kaarin leviämisen naapuriverkostoihin.

Polariteetti, kaariputkereet ja ilmakatkaisijoiden toiminnalliset yksityiskohdat
Polariteetin merkitys

Oikea polaarisuus on ratkaisevan tärkeää ohjata kaaria ylöspäin, hyödyntäen sähkömagneettisia voimia kaarin liikkeen parantamiseksi. Tämä periaate on tehokkaampi suurempien virhevirtauksien käsittelyssä, mikä mahdollistaa näille katkaisimille korkeamman katkaisukapasiteetin.

Kaariputkereiden toiminta

Kaariputkereet ovat keskeisiä laitteita kaarin sammumiseen ilmassa, suorittavat kolme toisiinsa liittyvää roolia:

• Kaarin rajaus: Rajoittaa kaarin määriteltyyn tilaan, estää epäkontrolloitua leviämistä.

• Magneettinen ohjaus: Ohjaa kaarin liikettä magneettikenttien avulla, helpottaa sammumista putkeren sisällä.

• Nopea jäätyminen: Deioniisoi kaarin kaasut intensiivisellä jäätymisellä, varmistaa kaarin sammumisen.

Ilmaputkemainen ilmakatkaisija

Matala- ja keskijännitepiireissä tämä katkaisin sisältää:

• Kaksi yhteyssarjaa:

• Pääyhteydet: Kuparipohjaiset, hopealla peitetty vähäiselle vastukselle, johtavat normaalia virtaa suljetussa asennossa.

• Kaaryyhteydet (apuyhteydet): Lämpökestävä kupariyhdiste, suunniteltu kestämään kaarien muodostuminen virheen keskeyttämisessä. Ne sulkeutuvat ennen ja avautuvat jälkeen pääyhteyksien, suojatakseen pääyhteyksiä vahingolta.

• Tuuloputkemekanismi: Teräsinsetit kaariputkereissa luovat magneettikenttiä, jotka kiihdyttävät kaarin ylöspäin liikkumista. Nämä levyt jakavat kaarin lyhyiksi kaareiksi, lisäävät kokonaissyöttöjännitettä (anoodi + katoodi pudot) kaaren yli. Jos tämä summa ylittää järjestelmän jännitteen, kaari sammuu nopeasti.

• Jäätyminen: Kaarin yhteydenotto viileisiin teräslankuihin jäättää ja deioniisoi kaarin, avustettuna luonnollisilla tai magneettisilla tuuloputkivoimilla.

Toimintaperiaate

• Virheen sattuminen: Pääyhteydet erotellaan ensin, virta siirtyy kaaryyhteyksiin.

• Kaarin muodostuminen: Kun kaaryyhteydet erotellaan, kaari muodostuu niiden välille.

• Kaarin liike: Sähkömagneettiset ja lämpövoimat ajavat kaaria ylöspäin kaarilaidun kautta.

• Kaarin jako ja sammuminen: Kaari jaetaan splitterlevyillä, pitenee, jäätyy ja deioniisoituu, mikä johtaa sen sammumiseen.

Sovellukset

• Virtasäiliöiden apulaite- ja teollisuuslaitokset: Soveltuivat ympäristöihin, joissa vaaditaan tulipalo- ja räjähdysvaaran vähentämistä.

• DC-järjestelmät: Käyttävät kaarin pituuden lisäämistä, laiduntoimintoa ja magneettista tuuloputketoimintoa katkaisimissa jopa 15 kV asti.

Rajoitukset

• Matalavirtauksen tehottomuus: Kaariputkereet ovat vähemmän tehokkaita matalilla virtasuureilla heikommien sähkömagneettisten kenttien vuoksi, mikä hidastaa kaarin liikettä putkereeseen ja voi viivyttää keskeyttämisen.

Tämä suunnitelma tasapainottaa yksinkertaisuuden ja luotettavuuden kesken keski- ja matalajännite-sovelluksissa, vaikka sen suorituskyky vaihtelee virtasuuren mukaan.