Αεριοί Κατακόπτες Κύκλων: Λειτουργία, Πλεονεκτήματα και Τύποι

Ένας αεριος κατακόπτης κύκλων χρησιμοποιεί συμπιεσμένο αέρα ή αέριο ως μέσο διάκοπτη του φλεγόμενου. Ο συμπιεσμένος αέρας αποθηκεύεται σε έναν δοχείο και, όταν απαιτείται, απελευθερώνεται μέσω ενός στόματος για να παράγει ένα υψηλής ταχύτητας ρεύμα. Αυτό το ρεύμα παίζει κρίσιμο ρόλο στην εξαφάνιση του φλεγόμενου που δημιουργείται όταν ο κατακόπτης κύκλων διακόπτει το ηλεκτρικό ρεύμα.

Οι αεριοί κατακόπτες κύκλων χρησιμοποιούνται συνήθως για εσωτερικές εφαρμογές σε μεσαίες-υψηλές τάσεις με μεσαίες δυνατότητες διάκοπτη. Συνήθως, είναι κατάλληλοι για τάσεις μέχρι 15 kV και δυνατότητες διάκοπτη 2500 MVA. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται τώρα σε υψηλής τάσης εξωτερικές στάσεις για γραμμές 220 kV.

Ενώ διάφορα αέρια, όπως διοξείδιο του άνθρακα, αζώτο, φρεόν ή υδρογόνο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μέσα διάκοπτη του φλεγόμενου, ο συμπιεσμένος αέρας έχει αναδειχθεί ως η προτιμώμενη επιλογή για τους αεριούς κατακόπτες κύκλων. Υπάρχουν αρκετοί σημαντικοί λόγοι γι' αυτό:

• Αζώτο: Οι δυνατότητές του για διάκοπτη του κυκλώματος είναι συγκρίσιμες με εκείνες του συμπιεσμένου αέρα, χωρίς να παρέχει σημαντικό πλεονέκτημα σε όρους απόδοσης.

• Διοξείδιο του άνθρακα: Ένα από τα μεγάλα μειονεκτήματά του είναι η δυσκολία ελέγχου της ροής του. Έχει την τάση να παγώνει σε βαλβίδες και άλλα στενά διαδρομικά, το οποίο μπορεί να διαταράξει την κανονική λειτουργία του κατακόπτη κύκλων.

• Φρεόν: Παρόλο που θαυμάζεται για την υψηλή διηλεκτρική αντοχή και τις εξαιρετικές ιδιότητες εξαφάνισης του φλεγόμενου, έχει υψηλό κόστος. Επιπλέον, όταν εκτίθεται στο φλεγόμενο, αποσυντίθεται σε στοιχεία που σχηματίζουν οξέα, που θέτουν επικίνδυνα τον εξοπλισμό και το περιβάλλον.

Οι αεριοί κατακόπτες κύκλων προσφέρουν αρκετά επιθυμητά χαρακτηριστικά:

• Υψηλή Ταχύτητα Λειτουργίας: Σε μεγάλα ενεργειακά δίκτυα, η διατήρηση της σταθερότητας του συστήματος είναι πολύ σημαντική. Οι αεριοί κατακόπτες κύκλων εξαίρεται σε αυτό, λόγω του εξαιρετικά μικρού χρονικού διαστήματος μεταξύ της απολύσεως της εκτροπής και της απόστασης των επαφών. Αυτή η γρήγορη απόκριση βοηθά στη μείωση της επίδρασης των σφαλμάτων στο σύνολο του ηλεκτρικού δικτύου.

• Προσαρμοστικότητα για Συχνή Λειτουργία: Σε αντίθεση με τους κατακόπτες κύκλων που χρησιμοποιούν λάδι, το οποίο μπορεί να καρβονίζεται και να καταστρέφεται με τη συνεχή στροφή, οι αεριοί κατακόπτες κύκλων μπορούν να αντέξουν συχνή λειτουργία. Η έλλειψη λαδιού σημαίνει επίσης ότι υπάρχει ελάχιστη φθορά στις επαφές που φέρουν το ρεύμα. Ωστόσο, είναι απαραίτητο να εξασφαλίζεται συνεχής και επαρκής προμήθεια συμπιεσμένου αέρα όταν προβλέπεται συχνή στροφή.

• Μηδενική Διατήρηση: Η δυνατότητα να αντέξει επαναλαμβανόμενη λειτουργία με ευκολία μετατρέπεται σε μειωμένες απαιτήσεις διατήρησης. Αυτό μειώνει όχι μόνο το κόστος διατήρησης, αλλά ενισχύει επίσης την αξιοπιστία και την διαθεσιμότητα του κατακόπτη κύκλων.

• Εξάλειψη του Κινδύνου Πυρκαγιάς: Επειδή οι αεριοί κατακόπτες κύκλων δεν περιέχουν λάδι, ο κίνδυνος πυρκαγιάς που συνδέεται με τους κατακόπτες κύκλων που περιέχουν λάδι εξαλείφεται εντελώς, κάνοντάς τους μια ασφαλέστερη επιλογή για ηλεκτρικές εγκαταστάσεις.

• Μειωμένο Μέγεθος: Η γρήγορη αύξηση της διηλεκτρικής αντοχής στους αεριούς κατακόπτες κύκλων επιτρέπει ένα πολύ μικρότερο τελικό χάσμα που απαιτείται για την εξαφάνιση του φλεγόμενου. Αυτός ο συμπαγής σχεδιασμός αποτελεί σε μικρότερα συστήματα, τα οποία μπορούν να ενσωματωθούν πιο εύκολα σε ηλεκτρικά συστήματα και να καταλαμβάνουν λιγότερο χώρο.

Αρχή της Εξαφάνισης του Φλεγόμενου

Ένας αεριος κατακόπτης κύκλων βασίζεται σε ένα επιπλέον σύστημα συμπιεσμένου αέρα για την παροχή αέρα στο αποθετήριο αέρα. Όταν ο κατακόπτης κύκλων χρειάζεται να ανοίξει, ο συμπιεσμένος αέρας κατευθύνεται στην αίθουσα εξαφάνισης του φλεγόμενου. Αυτός ο υψηλής πίεσης αέρας ασκεί μια δύναμη στις κινητές επαφές, προκαλώντας την απόστασή τους. Καθώς οι επαφές απομακρύνονται, το ρεύμα αέρα εξαφανίζει το ιοντοποιημένο αέριο που δημιουργείται από το φλεγόμενο, επιτυγχάνοντας έτσι την εξαφάνισή του.

Το φλεγόμενο εξαφανίζεται συνήθως μέσα σε ένα ή περισσότερα κύκλους. Μετά την εξαφάνιση του φλεγόμενου, η αίθουσα του φλεγόμενου γεμίζεται με υψηλής πίεσης αέρα, το οποίο βοηθά στην πρόληψη της επανάκαμψης. Οι αεριοί κατακόπτες κύκλων ανήκουν στην κατηγορία των εξωτερικών ενεργειών εξαφάνισης. Η ενέργεια που χρησιμοποιείται για την εξαφάνιση του φλεγόμενου προέρχεται από τον υψηλής πίεσης αέρα, ανεξάρτητα από το ρεύμα που διακόπτεται.

Τύποι Αεριών Κατακόπτων Κύκλων

Όλοι οι αεριοί κατακόπτες κύκλων λειτουργούν με την αρχή της απόστασης των επαφών σε ένα ρεύμα αέρα που δημιουργείται από την ανοίξημα μιας βαλβίδας. Το φλεγόμενο που δημιουργείται εξαφανίζεται γρήγορα μέσω ενός στόματος, όπου διατηρείται σε σταθερή μήκος και υποκείται στη μέγιστη δύναμη του ρεύματος αέρα. Με βάση την κατεύθυνση του συμπιεσμένου αέρα γύρω από τις επαφές, οι αεριοί κατακόπτες κύκλων μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις τύπους:

• Αξιαλής Ροής Αεριούς Κατακόπτης Κύκλων: Σε αυτόν τον τύπο, η ροή αέρα είναι παράλληλη με το φλεγόμενο, ρέει μακροσκελώς κατά μήκος του. Οι αξιαλές ροές αεριών κατακόπτων κύκλων μπορούν να υποδιαιρεθούν σε μονοκροτήματα ή δικροτήματα. Κάποιες δικροτήματα διατάξεις, όπου το ρεύμα αέρα ρέει ακτινικά στο στόμα ή το χώρο μεταξύ των επαφών, αναφέρονται μερικές φορές ως ακτινικοί κατακόπτες κύκλων, παρά την αξιαλή ροή σχεδιασμού.

Η βασική δομή και λειτουργία ενός αεριού κατακόπτη κύκλων είναι απεικονισμένη στο διάγραμμα παραπάνω. Κατά την κανονική λειτουργία, οι σταθερές και κινητές επαφές παραμένουν σε κλειστή κατάσταση, διατηρούμενες από τη δύναμη που ασκείται από τα ελατήρια. Ένα αποθετήριο αέρα συνδέεται με την αίθουσα του φλεγόμενου μέσω μιας βαλβίδας αέρα. Αυτή η βαλβίδα ενεργοποιείται από ένα τριπλό σύστημα εκτροπής, το οποίο ενεργοποιεί την ανοίξειμα όταν παρουσιάζεται ένα σφάλμα ή όταν χρειάζεται η διάκοπτη του ρεύματος.

Όταν συμβαίνει ένα σφάλμα στο ηλεκτρικό σύστημα, η εκτροπή εκτροπής λειτουργεί ως καταλύτης δράσης. Αυτή η εκτροπή ενεργοποιεί τη βαλβίδα αέρα που συνδέει το αποθετήριο αέρα με την αίθουσα του φλεγόμενου, προκαλώντας την ανοίξειμα. Καθώς το υψηλής πίεσης αέρα από το αποθετήριο ρέει στην αίθουσα του φλεγόμενου, ασκεί σημαντική δύναμη στις κινητές επαφές. Όταν η πίεση του αέρα υπερβαίνει την αντίσταση που παρέχεται από τη δύναμη των ελατηρίων που συνήθως κρατούν τις επαφές κλειστές, οι κινητές επαφές αρχίζουν να απομακρύνονται, ξεκινώντας τη διαδικασία διάκοπτη του ηλεκτρικού ρεύματος και εξαφάνισης του φλεγόμενου.

Όταν οι επαφές απομακρύνονται λόγω της πίεσης του υψηλής ταχύτητας αέρα, δημιουργείται ένα φλεγόμενο μεταξύ τους. Ο αέρας, ρέοντας με υψηλή ταχύτητα αξιαλώς κατά μήκος του φλεγόμενου, αποτελεσματικά αφαιρεί θερμότητα από την περιφέρεια του φλεγόμενου. Καθώς το ρεύμα πλησιάζει το μηδέν, αυτή η συνεχής αφαίρεση θερμότητας προκαλεί το φλεγόμενο να συσταλλά σημαντικά. Στη στιγμή που το ρεύμα φθάνει στο μηδέν, το φλεγόμενο διακόπτεται επιτυχώς. Στη συνέχεια, ο νέος αέρας, ρέοντας μέσω του στόματος, γεμίζει το χώρο μεταξύ των επαφών. Αυτός ο ροής νέου αέρα αποκαθαρίζει τα ζεστά, ιοντοποιημένα αέρια που παρίστανται στο χώρο των επαφών, επαναφέροντας γρήγορα τη διηλεκτρική αντοχή μεταξύ των επαφών και προλαμβάνοντας την επανάκαμψη του φλεγόμενου.

Ορθογώνιος Ροής Αεριών Κατακόπτης Κύκλων

Σε έναν ορθογώνιο ροής αεριών κατακόπτη κύκλων, η μηχανική εξαφάνισης του φλεγόμενου λειτουργεί διαφορετικά. Εδώ, το ρεύμα αέρα είναι περιορισμένο στην κατεύθυνση που είναι κάθετη στο φλεγόμενο. Το παρακάτω σχήμα παρέχει μια σχεδιασμένη απεικόνιση της αρχής της ορθογώνιας ροής που χρησιμοποιείται σε αυτόν τον τύπο κατακόπτη κύκλων. Όταν ο κινητός χειριστής επαφής ενεργοποιείται σε ένα περιορισμένο χώρο, δημιουργείται ένα φλεγόμενο. Αμέσως, ένα ορθογώνιο ρεύμα αέρα προωθεί αυτό το φλεγόμενο προς τα πίνακες διαίρεσης. Οι πίνακες διαίρεσης διασπάνε το φλεγόμενο σε μικρότερα τμήματα, διασπαράζοντας την ενέργειά του. Αυτή η διαδικασία αποτελεσματικά αδυναμώνει το φλεγόμενο ώστε, μετά την πάροδο του ρεύματος μέσω του μηδέν, να μην έχει την ενέργεια να επαναφωτίσει, εξασφαλίζοντας έτσι την επιτυχή διάκοπτη του ηλεκτρικού κυκλώματος.

Αντίσταση Στροφής και Αδυναμίες των Αεριών Κατακόπτων Κύκλων

Αντίσταση Στροφής

Συνήθως, η