Lugluftskakelaars: Operasie, Voordelige en Tipes

'n Lugluftskakelaar maak gebruik van gekomprimeerde lug of gas as die boogonderbreekmedium. Gekomprimeerde lug word in 'n tank gestoor en, wanneer dit nodig is, deur 'n nozal vrygestel om 'n hoëspoedstraal te genereer. Hierdie straal speel 'n kritieke rol in die uitblussing van die boog wat gevorm word wanneer die skakelaar die elektriese stroom onderbreek.

Lugluftskakelaars word algemeen vir binnehuistoepassings in die medium-hoëspanningsbereik met medium-onderbreekvermoëns gebruik. Tipies is hulle geskik vir spannings tot 15 kV en onderbreekvermoëns van 2500 MVA. Verder word hulle nou ook in hoëspannings buitehuiskoppelvlakke vir 220 kV-lyne gebruik.

Terwyl verskeie gase soos koolstofdioksied, stikstof, freon of waterstof potensiaal as boogonderbreekmedia kan dien, het gekomprimeerde lug as die voorkeurlike keuse vir gasblastskakelaars uitgekom. Daar is verskeie oortuigende redes hiervoor:

• Stikstof: Sy skakelvermoë is vergelykbaar met daardie van gekomprimeerde lug, bied geen beduidende voordeel op prestasietermyn nie.

• Koolstofdioksied: Een van sy groot nadele is die moeilikheid om die vloei daarvan te beheer. Dit neig om by kleppies en ander smalle doorgange vas te vries, wat die regte funksionering van die skakelaar kan versteur.

• Freon: Alhoewel dit 'n hoë dielektriese sterkte en uitsonderlike booguitblussingseienskappe het, kom dit teen 'n hoë prys. Bovendien, wanneer dit aan 'n boog blootgestel word, disintegreer dit in suur-vormende elemente, wat risiko's vir die toerusting en die omgewing beteken.

Lugluftskakelaars bied verskeie wensele eienskappe:

• Hoëspoedoperasie: In groot verbonden elektriese netwerke is die handhawing van sisteemstabiliteit van uiterste belang. Lugluftskakelaars uitblink in hierdie opsig weens die uitermate kort tydinterval tussen die ontslaan van die triggering impuls en die skeiding van die kontakte. Hierdie vinnige reaksie help om die impak van foute op die algehele elektriese rooster te minimeer.

• Geskiktheid vir gereelde operasie: Anders as skakelaars wat olie gebruik, wat vinnig kan verkool en verouder met herhaalde skakeling, kan lugluftskakelaars gereelde operasie touse. Die afwesigheid van olie beteken dat daar minimale afsleet op die stroomdragende kontakoppervlakke is. Dit is egter noodsaaklik om 'n kontinue en voldoende voorsiening van gekomprimeerde lug te verseker wanneer gereelde skakeling verwag word.

• Verwaarloosbare instandhouding: Die vermoë om gereelde skakeling maklik te hanteer lei tot verminderde instandhoudingsvereistes. Dit spaar nie net op instandhoudingskoste nie, maar verhoog ook die betroubaarheid en beskikbaarheid van die skakelaar.

• Uitskakeling van brandrisiko: Aangesien lugluftskakelaars geen olie bevat nie, word die brandrisiko geassosieer met olievullende skakelaars volledig uitskakel, wat hulle 'n veiliger opsie vir elektriese installasies maak.

• Vermindering in grootte: Die vinnige groei van die dielektriese sterkte in lugluftskakelaars maak 'n baie kleiner finale gaping nodig vir booguitblussing. Hierdie kompak ontwerp lei tot kleiner toestelle, wat makliker in elektriese stelsels geïntegreer kan word en minder plek inneem.

Prinsipe van Booguitblussing

'n Lugluftskakelaar is afhanklik van 'n addisionele gekomprimeerde lugstelsel om lug na die lugreservoir te voorsien. Wanneer die skakelaar moet oopgaan, word gekomprimeerde lug in die booguitblussingkamer gerig. Hierdie hoëdruk lug oefen 'n krag uit op die bewegende kontakte, wat dit laat skei. Terwyl die kontakte uit mekaar trek, veeg die lugblast die ioniseerde gas wat deur die boog gevorm is weg, wat dit effektief uitskakel.

Die boog word tipies binne een of meer siklusse uitgeskakel. Na die booguitblussing word die boogkamer met hoëdruk lug gevul, wat help om herontbranding te verhoed. Lugluftskakelaars val onder die kategorie van eksterne uitblussingenergie. Die energie wat gebruik word om die boog uit te skakel, word afgelei van die hoëdruk lug, onafhanklik van die onderbreekte stroom.

Tipes Lugluftskakelaars

Al Lugluftskakelaars funksioneer op die beginsel van die skeiding van hul kontakte in 'n boogvormende lugvloei wat deur die oopmaak van 'n blastklep geskep word. Die boog wat gevorm word, word vinnig gecentreer deur 'n nozal, waar dit op 'n vaste lengte gehou word en blootgestel word aan die maksimum krag van die lugvloei. Gebaseer op die rigting van die gekomprimeerde lugblast rondom die kontakte, kan lugluftskakelaars in drie tipes geklassifiseer word:

• Aksiale Blast Lugskakelaar: In hierdie tipe is die lugvloei parallel aan die boog, liggend langs sy lengte. Aksiale blast lugskakelaars kan verder ingedeel word as enkel-blast of dubbel-blast. Sommige dubbel-blast rangskikkings, waar die lugblast radiaal in die nozal of die ruimte tussen die kontakte vloei, word soms as radiale blast skakelaars verwys, ondanks die primêre aksiale vloei-ontwerpkonsep.

Die fundamentele struktuur en operasie van 'n lugluftskakelaar word in die diagram hierbo illustreer. Onder normale operasie toestande bly die vaste en bewegende kontakte in 'n geslote toestand, saamgehou deur die krag wat deur veere uitgeoefen word. 'n Lugreservoirtank is aan die boogkamer via 'n lugklep gekoppel. Hierdie klep word geaktiveer deur 'n drievoudige impulsmechanisme, wat die oopmaak daarvan trigger wanneer 'n fout of die behoefte om die stroom te onderbreek ontstaan.

Wanneer 'n fout in die elektriese stelsel ontstaan, dien die tripping impuls as die katalisator vir aksie. Hierdie impuls aktiveer die lugklep wat die lugreservoir aan die boogkamer koppel, wat dit laat oopgaan. Terwyl hoëdruk lug uit die reservoir in die boogkamer rus, oefen dit 'n beduidende krag uit op die bewegende kontakte. Een die lugdruk die weerstand oorskry wat deur die veerkrag gewoonlik die kontakte gesluit hou, begin die bewegende kontakte skei, die proses van die onderbreek van die elektriese stroom en die uitblussing van die boog begin.

Wanneer die kontakte vanweë die druk van die hoëspoed lug skei, vorm 'n boog tussen hulle. Die lug, wat met hoë spoed aksiaal langs die lengte van die boog vloei, verwyder effektief hitte van die boog se periferie. Terwyl die stroom nader tot nul, veroorsaak hierdie kontinue hitteverwydering dat die diameter van die boog beduidend insnoer. Op die oomblik wanneer die stroom nul bereik, word die boog suksesvol onderbreek. Vervolgens, verse lug, wat deur die nozal stroom, vul die spasie tussen die kontakte. Hierdie vloei van verse lug skoon die warm, ioniseerde gasse weg wat in die kontakspasie teenwoordig was, herstel vinnig die dielektriese sterkte tussen die kontakte en verhoed enige potensiële herontbranding van die boog.

Kruisblast Lugskakelaar

In 'n kruisblast lugskakelaar werk die booguitblussing-meganisme anders. Hier word die boogblast loodreg tot die boog self gerig. Die figuur hieronder gee 'n skematiese illustrasie van die kruisblastprinsip wat in hierdie tipe skakelaar toegepas word. Wanneer die bewegende kontakarm in 'n beperkte ruimte geaktiveer word, word 'n boog gegenereer. Onmiddellik propulseer 'n transverse lugblast hierdie boog na die splitterplaatte. Die splitterplaatte fragmenteer die boog in klein segmente, wat sy energie versprei. Hierdie proses verzwak die boog effektief tot die mate dat, nadat die stroom nul gepas het, dit nie die energie het om te herontbrand nie, wat die suksesvolle onderbreek van die elektriese sirkel verseker.

Weerstandskakeling en Nadelen van Lugluftskakelaars

Weerstandskakeling

Tipies is weerstandskakeling nie 'n absolute noodsaaklikheid in lugluftskakelaars nie. Wanneer die boog uitgeskakel word, skep dit inherent 'n sekere weerstand, wat help om die tijdelike herontbrandingspanning te reguleer. Indien egter addisionele weerstand as voordelig vir spesifieke toepassings beskou word, kan dit geïnkorporeer word deur 'n weerstand te verbind oor die boogsplittersek. Hierdie bygevoegde weerstand verskaf 'n ekstra laag beheer oor die spanningsverandering, wat die prestasie van die skakelaar onder sekere omstandighede verhoog.

Nadelen van Lugluftskakelaars

Een van die groot beperkings van lugluftskakelaars is die streng vereiste vir 'n kontinue voorsiening van gekomprimeerde lug by die presiese druk. Om hierdie beskikbaarheid te verseker, word groot skaal-installasies dikwels benodig, tipies met twee of meer kompressors. Die instandhouding van hierdie komplekse kompressiestasion is geen klein taak nie; dit vra gereelde onderhoud om die kompressors doeltreffend te laat loop en om enige meganiese probleme wat mag ontstaan, te hanteer.

Bovendien is luglek by leidingverbindinge 'n aanhoudende probleem. Selfs min lekke kan geleidelik die lugdruk uitput, wat die prestasie van die skakelaar kompromitteer. Die opsporing en herstel van hierdie lekke kan tydrowend en arbeidsintensief wees. Hierdie instandhoudingsuitdagings, gekombineer met die behoefte aan 'n gesofistikeerde lugvoorsieningstelsel, dra by tot hoër operasiekoste.

Wanneer dit vergelyk word met olie of ander tipes lugonderbreekskakelaars, is lugluftskakelaars veral duur vir laagspannings-toepassings. Die uitgebreide infrastruktuur wat nodig is vir gekomprimeerde luggenerasie en die geassosieerde instandhoudingskoste maak dit minder koste-effektief in situasies waar laer spannings betrokke is, wat hul wydverspreide gebruik in sulke kontekste beperk.