Zračni prekidišče

V zrakodelni preklopniki se luk začne in ugasne v bistveno statičnem zraku, ko se luk premika. Takšni preklopniki se uporabljajo za nizke napetosti, običajno do 15 kV, z prekidnimi kapacitami 500 MVA. Kot sredstvo za uganjanje luka ponujajo več prednosti v primerjavi z oljem, vključno z:

• Odpravljanjem tveganj in vzdrževanja, povezanih z uporabo olja.

• Odsotnostjo mehanskega stresa, ki ga povzroča tlak plina in gibljenje olja.

• Odpravljanjem stroškov, povezanih z rednimi zamenjavami olja zaradi njegove degradacije zaradi zaporednih prekinitvenih operacij.

V zrakodelnih preklopnikih se ločevanje kontaktov in uganjanje luka dogaja v zraku pri atmosferskem tlaku, z uporabo načela visoke upornosti. Luk se razširi preko lukičnih tečajev in odvodnikov, medtem ko se upornost luka poveča z razdelitvijo, hlačenjem in dolgočiljem.

Upornost luka se povečuje, dokler padec napetosti preko luka ne preseže napetosti sistema, kar ugaša luk na ničelni točki AC valovanja.

Zrakodelni preklopniki se uporabljajo v DC krugih in AC krugih do 12.000 V. Običajno so notranji tipi, nameščeni na navpičnih ploščah ali notranjih izvladnih sklopov, široko uporabljeni v notranjih srednjih in nizkih napetostnih sklopov za AC sisteme.

Preprost tip zrakodelnega preklopnika

Najpreprostejša varianta ima dva rogovita kontakta. Lukanje se najprej zgodi na najkrajšem razdalji med rogovi in je postopoma gonjeno navzgor s konvekcijskimi tokovi zraka, ogrejenega z lukom, in interakcijo magnetnih in električnih polj. Ko se rogi popolnoma ločijo, se luk razteguje od vrha do vrha, doseže dolgočilje in hlačenje.

Relativna počasnost procesa in tveganje širjenja luka na sosednje kovinske komponente omejuje njegovo uporabo na približno 500 V in nizkonaporne kruge.

Tip zrakodelnega preklopnika s magnetnim izgibanjem

Uporablja se v krugih z napetostmi do 11 kV, kjer se uganjanje luka v nekaterih zrakodelnih preklopnikih doseže z uporabo magnetnega polja iz izgibnih členov, povezanih v serijo z prekinjenim krugom. Ti členi gredo luk v odvodnike – sami luka ne ugasnujo. V odvodnikih se luk dolgoči, ohladi in ugaša. Ščitnice luka preprečujejo širjenje luka na sosednje omrežja.

Polarnost, odvodniki luka in delovanje zrakodelnih preklopnikov
Pomembnost polarnosti člena

Pravilna polarnost člena je ključna za usmerjanje luka navzgor, z uporabo elektromagnetnih sil za izboljšanje gibanja luka. Ta načelo postane bolj učinkovito pri višjih strmih tokovih, kar takšnim preklopnikom omogoča dostižanje višjih prekidnih kapacitet.

Funkcionalnost odvodnika luka

Odvodnik luka je ključna naprava za uganjanje luka v zraku, ki opravlja tri medsebojno povezane vloge:

• Omejevanje luka: Omejuje luk na določeno območje, preprečuje nekontrolirano širjenje.

• Magnetno krmiljenje: Usmerja gibanje luka preko magnetnih polj, da olajša uganjanje znotraj odvodnika.

• Hiter hlad: Dejonizira lukoče pline z intenzivnim hlačenjem, zagotavlja uganjanje luka.

Zrakodelen preklopnik z odvodnikom zraka

Za nizkonaporne in srednjeneaporne krugove ima ta preklopnik:

• Dvojni kontakti:

• Glavni kontakti: Bazirani na bakru, posrebrani za nizko upornost, vedenje normalnega toka v zaprti legi.

• Lukični (pomožni) kontakti: Toplotno odporna bakrovka, zasnovana za prevzemanje lukanja med prekinjanjem napake. Zapirajo se pred glavnimi kontakti in se odpirajo po njih, da zaščitijo glavne kontakte pred poškodbami.

• Mehanizem izgibanja: Jeklene vstave v lukičnih odvodnikih ustvarjajo magnetna polja, ki pospešujejo gibanje luka navzgor. Te plošče razdelijo luk v vrsto kratkih lukov, kar poveča skupni padec napetosti (anodni + katodni padeci) preko luka. Če ta vsota preseže napetost sistema, se luk hitro ugaša.

• Hlačenje: Kontakt luka z hladnimi jeklenimi ploščami hitro ohladi in dejonizira luk, podprto s naravnimi ali magnetnimi izgibnimi silami.

Načelo delovanja

• Pojav napake: Najprej se ločijo glavni kontakti, prenašajo tok na lukične kontakte.

• Izoblikovanje luka: Ko se lukični kontakti ločijo, se izoblikuje luk med njimi.

• Gibanje luka: Elektromagnetne in termalne sile gredo luk navzgor po lukičnih tečajih.

• Razdelitev in uganjanje luka: Luk je razdeljen z razdelovalnimi ploščami, dolgočen, ohlazen in dejoniziran, kar vodi do uganjanja.

Uporabe

• Pomožne naprave elektrarn in industrijskih objektov: Primerno za okolja, kjer je potrebno zmanjšati tveganje požara in eksplozije.

• DC sistemi: Uporabljajo dolgočilje luka, tečaje in magnetno izgibanje za preklopnike do 15 kV.

Omejitve

• Nedovoljna učinkovitost pri nizkih tokih: Odvodniki luka so manj učinkoviti pri nizkih tokih zaradi slabih magnetnih polj, kar povzroča počasnejše gibanje luka v odvodnik in možno zamudno prekinitveno operacijo.

Ta dizajn ravnoteži enostavnost in zanesljivost za uporabo v srednjih in nizkih napetostih, čeprav njegova zmogljivost variira glede na velikost toka.