Повітряний автоматичний вимикач

У повітряному вимикачу дуга створюється та гаситься у практично нерухомому повітрі, коли дуга рухається. Ці вимикачі використовуються для низьких напруг, зазвичай до 15 кВ, з пропускною спроможністю 500 МВА. Як середовище для гашення дуги, повітряні вимикачі мають кілька переваг перед нафтою, включаючи:

• Виключення ризиків та обслуговування, пов'язаних з використанням нафти.

• Відсутність механічних напружень, спричинених тиском газу та рухом нафти.

• Виключення витрат на регулярну заміну нафти через її витривання під час послідовних операцій зупинки.

У повітряних вимикачах розділення контактів та гашення дуги відбуваються у повітрі при атмосферному тиску, використовуючи принцип високої опору. Дуга розширеняється за допомогою дугових бігунів і шлюзів, а опір дуги збільшується шляхом розщеплення, охолодження та збільшення довжини.

Опір дуги збільшується до тих пір, поки спад напруги по дузі не перевищує системну напругу, що гасить дугу в точці нульового значення синусоїди АС.

Повітряні вимикачі використовуються в DC цепях та AC цепях до 12,000 В. Зазвичай це внутрішні типи, які встановлюються на вертикальні панелі або внутрішні витягувальні комутаційні пристрої, широко застосовуються в внутрішньому середньо-та низьковольтному комутаційному обладнанні для AC систем.

Простий тип повітряного вимикача

Найпростіший варіант має два роговидні контакти. Спочатку дуга виникає на найкоротшій відстані між рогами і поступово зсувається вгору завдяки конвекційним потокам від нагрітого дугою повітря та взаємодії магнітних та електричних полів. Коли роги повністю розділяються, дуга простягається від одного кінця до іншого, досягаючи збільшення довжини та охолодження.

Відносна повільність процесу та ризик розповсюдження дуги на сусідні металеві компоненти обмежують його застосування приблизно до 500 В та низькомістких цепях.

Тип повітряного вимикача з магнітним викиданням

Використовується в цепях з напругою до 11 кВ, гашення дуги в деяких повітряних вимикачах досягається за допомогою магнітного поля від катушок викидання, які підключені паралельно перерваний цепі. Ці катушки переміщують дугу в шлюзи - самі не гасять дугу. У шлюзах дуга збільшується, охолоджується та гаситься. Екранні плівки запобігають розповсюдженню дуги на сусідні мережі.

Полярність, шлюзи дуги та деталі роботи повітряних вимикачів
Важливість полярності катушок

Правильна полярність катушок є критичною для направляння дуги вгору, використовуючи електромагнітні сили для підсилення руху дуги. Цей принцип стає більш ефективним при високих аварійних струмах, що дозволяє таким вимикачам досягати більшої пропускної спроможності.

Функціональність шлюзу дуги

Шлюз дуги є ключовим пристроєм для гашення дуги в повітрі, виконуючи три взаємопов'язані ролі:

• Обмеження дуги: Обмежує дугу до визначеного простору, запобігаючи неконтрольованому розповсюдженню.

• Магнітний контроль: Керує рухом дуги за допомогою магнітних полів, щоб сприяти гашенню всередині шлюзу.

• Швидке охолодження: Дезіонізує дугові гази за допомогою інтенсивного охолодження, забезпечуючи гашення дуги.

Дизайн повітряного вимикача з шлюзом дуги

Для низько-та середньовольтних цепей, цей вимикач має:

• Двоїсті контактні набори:

• Основні контакти: На основі міді, посічені сріблом для низької опори, проводять нормальний струм у закритому положенні.

• Дугові (допоміжні) контакти: Термостійкий мідний сплав, призначений для витриваності до дуги під час переривання аварій. Вони закриваються перед та відкриваються після основних контактів, щоб захистити основні контакти від пошкоджень.

• Механізм викидання: Стальні вставки в дугових шлюзах створюють магнітні поля, що прискорюють рух дуги вгору. Ці плити розщеплюють дугу на серію коротких дуг, збільшуючи загальний спад напруги (анод + катод) по дузі. Якщо ця сума перевищує системну напругу, дуга швидко гаситься.

• Охолоджувальна дія: Контакт дуги з холодними сталевими плитами швидко охолоджує та дезіонізує дугу, підтримуючись природними або магнітними силами викидання.

Принцип роботи

• Виявлення аварії: Основні контакти розділяються спочатку, перенося струм на дугові контакти.

• Утворення дуги: Коли дугові контакти розділяються, між ними виникає дуга.

• Рух дуги: Електромагнітні та термічні сили рухають дугу вгору вздовж дугових бігунів.

• Розщеплення та гашення дуги: Дуга розщеплюється розщеплювальними плитами, збільшується, охолоджується та дезіонізується, що призводить до гашення.

Застосування

• Допоміжне обладнання електростанцій та промислових підприємств: Придатні для середовищ, де необхідне зниження ризиків від пожежі та вибухів.

• DC системи: Використовують збільшення довжини дуги, бігунів та магнітного викидання для вимикачів до 15 кВ.

Обмеження

• Низька ефективність при низьких струмах: Шлюзи дуги менш ефективні при низьких струмах через слабкі магнітні поля, що призводить до повільнішого руху дуги в шлюз та можливе затримання переривання.

Цей дизайн балансує простоту та надійність для середньо-та низьковольтних застосувань, хоча його продуктивність змінюється залежно від величини струму.