Воздушный автоматический выключатель

В воздушном выключателе дуга возникает и гаснет в практически неподвижном воздухе по мере ее перемещения. Эти выключатели используются для низких напряжений, обычно до 15 кВ, с разрывной способностью 500 МВА. В качестве среды для гашения дуги воздушные выключатели предлагают несколько преимуществ по сравнению с маслом, включая:

• Устранение рисков и обслуживания, связанных с использованием масла.

• Отсутствие механического напряжения, вызванного давлением газа и движением масла.

• Устранение затрат на регулярную замену масла из-за его ухудшения после последовательных операций отключения.

В воздушных выключателях разделение контактов и гашение дуги происходят в воздухе при атмосферном давлении, используя принцип высокого сопротивления. Дуга расширяется через направляющие и желоба, а сопротивление дуги увеличивается за счет деления, охлаждения и удлинения.

Сопротивление дуги увеличивается до тех пор, пока падение напряжения на дуге не превышает напряжение системы, что приводит к гашению дуги в момент нулевого значения тока волны переменного тока.

Воздушные выключатели используются в цепях постоянного тока и переменного тока до 12 000 В. Обычно это внутренние типы, которые устанавливаются на вертикальных панелях или внутреннем выдвижном оборудовании, широко применяются в внутреннем оборудовании среднего и низкого напряжения для систем переменного тока.

Простой воздушный выключатель

Самый простой вариант имеет два рогообразных контакта. Сначала дуга возникает на самом коротком расстоянии между рогами и постепенно поднимается вверх за счет конвекционных потоков, нагретого дугой воздуха и взаимодействия магнитных и электрических полей. Когда рога полностью разделяются, дуга протягивается от кончика до кончика, достигая удлинения и охлаждения.

Медленность процесса и риск распространения дуги на соседние металлические компоненты ограничивают его применение примерно до 500 В и низкомощных цепей.

Воздушный выключатель с магнитным выдувом

Используется в цепях с напряжением до 11 кВ, гашение дуги в некоторых воздушных выключателях достигается за счет магнитного поля, создаваемого катушками выдува, подключенными последовательно с прерываемой цепью. Эти катушки перемещают дугу в желоба — они сами не гасят дугу. В желобах дуга удлиняется, охлаждается и гасится. Защитные экраны предотвращают распространение дуги на соседние сети.

Полярность, желоба для дуги и эксплуатационные детали воздушных выключателей
Важность полярности катушки

Правильная полярность катушки критически важна для направления дуги вверх, используя электромагнитные силы для усиления движения дуги. Этот принцип становится более эффективным при больших токах короткого замыкания, позволяя таким выключателям достигать более высоких разрывных способностей.

Функциональность желоба для дуги

Желоб для дуги является ключевым устройством для гашения дуги в воздухе, выполняющим три взаимосвязанные функции:

• Ограничение дуги: Ограничивает дугу в определенном пространстве, предотвращая неконтролируемое распространение.

• Магнитное управление: Направляет движение дуги с помощью магнитных полей, облегчая гашение внутри желоба.

• Быстрое охлаждение: Дионизирует газы дуги путем интенсивного охлаждения, обеспечивая гашение дуги.

Дизайн воздушного выключателя с желобом для дуги

Для цепей низкого и среднего напряжения этот выключатель имеет следующие характеристики:

• Двойные наборы контактов:

• Основные контакты: Медные, покрытые серебром, для низкого сопротивления, проводящие нормальный ток в закрытом положении.

• Дуговые (вспомогательные) контакты: Жаростойкий медный сплав, предназначенный для выдерживания дуги при отключении короткого замыкания. Они закрываются перед основными контактами и открываются после них, чтобы защитить основные контакты от повреждений.

• Механизм выдува: Стальные вставки в желобах для дуги создают магнитные поля, ускоряющие движение дуги вверх. Эти пластины разделяют дугу на серию коротких дуг, увеличивая общее падение напряжения (анод + катод) на дугах. Если эта сумма превышает напряжение системы, дуга быстро гаснет.

• Охлаждающее действие: Контакт дуги с холодными стальными пластинами быстро охлаждает и дионизирует дугу, помогая естественным или магнитным силам выдува.

Принцип работы

• Происходит авария: Сначала размыкаются основные контакты, перенося ток на дуговые контакты.

• Образование дуги: При размыкании дуговых контактов между ними возникает дуга.

• Движение дуги: Электромагнитные и тепловые силы перемещают дугу вверх по направляющим для дуги.

• Разделение и гашение дуги: Дуга разделяется пластинами-разделителями, удлиняется, охлаждается и дионизируется, что приводит к ее гашению.

Применение

• Вспомогательные устройства электростанций и промышленные предприятия: Подходит для сред, требующих снижения рисков пожара и взрыва.

• Системы постоянного тока: Используют удлинение дуги, направляющие и магнитный выдув для выключателей до 15 кВ.

Ограничения

• Низкая эффективность при малых токах: Желоба для дуги менее эффективны при малых токах из-за слабых электромагнитных полей, что приводит к медленному перемещению дуги в желоб и возможному задержке отключения.

Этот дизайн сочетает простоту и надежность для применения в средних и низких напряжениях, хотя его производительность варьируется в зависимости от величины тока.