Przerzutnik powietrzny

W obwodzie przepięciowym z powietrznym rozdzielaniem łuku elektryczny powstaje i gasi się w niemal statycznym powietrzu, podczas gdy łuk się porusza. Takie wyłączniki są stosowane do napięć niskich, zwykle do 15 kV, z pojemnościami rozdzierającymi 500 MVA. Jako środek gaszący łuk, wyłączniki powietrzne oferują kilka zalet nad olej, w tym:

• Eliminacja ryzyk i kosztów utrzymania związanych z użyciem oleju.

• Brak naprężeń mechanicznych spowodowanych ciśnieniem gazu i ruchem oleju.

• Eliminacja kosztów regularnej wymiany oleju spowodowanych jego degradacją w wyniku kolejnych operacji rozłączania.

W wyłącznikach powietrznych, rozdzielenie kontaktów i gaszenie łuku odbywa się w powietrzu atmosferycznym, wykorzystując zasadę wysokiego oporu. Łuk jest rozszerzany za pomocą prowadników łuku i kanałów, a opór łuku jest zwiększany poprzez podział, chłodzenie i wydłużanie.

Opór łuku jest zwiększany do momentu, gdy spadek napięcia na łuku przekracza napięcie systemowe, co powoduje zgaszenie łuku w punkcie zerowym prądu fali AC.

Wyłączniki powietrzne są stosowane w obwodach DC i AC do 12 000 V. Zazwyczaj są to typy montowane wewnątrz, zamontowane na pionowych panelach lub w szafach wciąganych, szeroko stosowane w wewnętrznych instalacjach średniego i niskiego napięcia dla systemów AC.

Prosty typ wyłącznika powietrznego z powietrznym rozdzielaniem łuku

Najprostsza wersja ma dwa kontakty o kształcie rogów. Początkowo łuk powstaje na najkrótszej odległości między rogami i jest stopniowo przesuwany w górę przez prądy konwekcyjne powietrza ogrzanego przez łuk oraz interakcję pól magnetycznych i elektrycznych. Gdy rogi całkowicie się rozłączą, łuk rozciąga się od końca do końca, osiągając wydłużenie i chłodzenie.

Relatywna powolność tego procesu i ryzyko rozprzestrzenienia się łuku na sąsiednie elementy metalowe ogranicza jego zastosowanie do około 500 V i obwodów o niskiej mocy.

Typ wyłącznika powietrznego z powietrznym rozdzielaniem łuku z dmuchawą magnetyczną

Stosowany w obwodach z napięciem do 11 kV, gaszenie łuku w niektórych wyłącznikach powietrznych jest osiągane poprzez pole magnetyczne z cewek dmuchawowych podłączonych szeregowo do przerwanego obwodu. Te cewki przesuwają łuk do kanałów - nie gaszą samego łuku. W kanałach łuk jest wydłużany, chłodzony i gaszony. Tarcze łuku zapobiegają rozprzestrzenianiu się łuku na sąsiednie sieci.

Polarność, kanały łuku i szczegóły działania wyłączników powietrznych
Ważność polarności cewek

Prawidłowa polarność cewek jest kluczowa do skierowania łuku w górę, wykorzystując siły elektromagnetyczne do zwiększenia ruchu łuku. Ta zasada staje się bardziej efektywna przy większych prądach uszkodzeniowych, umożliwiając takim wyłącznikom osiągnięcie wyższych pojemności rozdzierających.

Funkcjonalność kanałów łuku

Kanał łuku jest kluczowym urządzeniem do gaszenia łuku w powietrzu, wykonując trzy związane role:

• Ograniczenie łuku: Ogranicza łuk do określonej przestrzeni, zapobiegając niekontrolowanemu rozprzestrzenianiu się.

• Kontrola magnetyczna: Kieruje ruchem łuku za pomocą pól magnetycznych, ułatwiając jego zgaszenie w kanale.

• Szybkie chłodzenie: Dezjonizuje gazy łuku poprzez intensywne chłodzenie, zapewniając zgaszenie łuku.

Konstrukcja wyłącznika powietrznego z kanałami powietrznymi

Dla obwodów niskiego i średniego napięcia, ten wyłącznik ma:

• Dwukrotne zestawy kontaktów:

• Główne kontakty: Bazujące na miedzi, srebrzone dla niskiego oporu, przewodzą normalny prąd w pozycji zamkniętej.

• Kontakty łukowe (pomocnicze): Stop odporny na temperaturę, zaprojektowany do wytrzymywania łuku podczas przerwania uszkodzenia. Zamknięcie przed i otwarcie po głównych kontaktach chroni główne kontakty przed uszkodzeniem.

• Mechanizm dmuchawy: Wstawki ze stali w kanałach łukowych tworzą pola magnetyczne, które przyspieszają ruch łuku w górę. Te płytki dzielą łuk na serię krótkich łuków, zwiększając całkowity spadek napięcia (spadek anodowy + katodowy) na łukach. Jeśli ta suma przekracza napięcie systemowe, łuk szybko gasnie.

• Akcja chłodząca: Kontakt łuku z zimnymi płytami stalowymi szybko go chłodzi i dezjonizuje, wspomagany siłami naturalnej lub magnetycznej dmuchawy.

Zasada działania

• Wystąpienie uszkodzenia: Najpierw rozłączają się główne kontakty, przenosząc prąd na kontakty łukowe.

• Formowanie łuku: Gdy kontakty łukowe się rozłączają, powstaje łuk między nimi.

• Ruch łuku: Siły elektromagnetyczne i termiczne przesuwają łuk w górę wzdłuż prowadników łuku.

• Podział i zgaszenie łuku: Łuk jest dzielony przez płytki dzielące, wydłużany, chłodzony i dezjonizowany, co prowadzi do jego zgaszenia.

Zastosowania

• Auxiliaria stacji energetycznych i zakłady przemysłowe: Odpowiednie dla środowisk wymagających zmniejszenia ryzyka pożarów i eksplozji.

• Systemy DC: Wykorzystują wydłużanie łuku, prowadniki i dmuchawę magnetyczną dla wyłączników do 15 kV.

Ograniczenia

• Nieskuteczność przy niskich prądach: Kanały łuku są mniej skuteczne przy niskich prądach ze względu na słabsze pola magnetyczne, co powoduje wolniejszy ruch łuku do kanału i potencjalnie opóźnione przerwanie.

Ta konstrukcja balansuje prostotę i niezawodność dla zastosowań średniego i niskiego napięcia, choć jej wydajność różni się w zależności od wielkości prądu.