Õhuvoolu lülitikud: Tööpõhimõte eelised ja tüübid

Õhuvoolu lülitik kasutab tõstetud õhku või gaasi kaare katkestamiseks. Tõstetud õhk on säilitatud tankis ja vajaliku korral väljastatakse seda noozlist kaudu, et luua kõrge kiirusega vool. See vool mängib olulist rolli elektrivoolu katkestamisel tekkinud kaare kustutamisel.

Õhuvoolu lülitikke kasutatakse sagedasti sisesüsteemides keskmine-kõrge pingevahemikus keskmise katkestamisvõimega. Tavaliselt sobivad nad pingeeni 15 kV ja katkestamisvõimeni 2500 MVA. Lisaks kasutatakse neid praegu ka kõrgepinge avalikele lülitesüsteemidele 220 kV liinide jaoks.

Kuidas ka erinevad gaasid nagu süsinikdioksiid, lämmastik, freon või vesinik võivad potentsiaalselt teenida kaare katkestamiseks, on tõstetud õhk saanud soovitud valikuga gaasivoolu lülitikute jaoks. Sellel on mitmeid veenvaid põhjusi:

• Lämmastik: Selle lülitikuvõime vastab tõstetud õhu omale, seega ei paku see suuremaid eeliseid jõudluse poolest.

• Süsinikdioksiid: Üks tema peamistest puudustest on selle voolu kontrollimise raskeus. See külmutub tihti ventiilide ja muude kitsaste kanalite kohal, mis võib häirida lülitiku korraliku toimimise.

• Freon: Kuigi see omab kõrget dielektrilist tugevust ja suurepärast kaare kustutamise omadust, on selle hind kõrge. Lisaks tuhineb see kaare mõju all, moodustades hapniku ja süttiumsulfiidi, mis ohustavad seadmet ja ümbruskonda.

Õhuvoolu lülitikud pakuvad mitmeid soovitavaid omadusi:

• Kiire töö: Suurtes sidusates elektriühendusesüsteemides on süsteemi stabiilsuse säilitamine äärmiselt oluline. Õhuvoolu lülitikud väljasnevad selles osas, kuna laengumispulsiga ja kontaktide eraldamisega on väga lühike aja vahe. See kiire reaktsioon aitab vähendada vigade mõju kogu elektrivõrgule.

• Sobivus sagedaseks kasutamiseks: Vastupidiselt naftalülitikele, mis võivad kiiresti karboniseeruda ja nõrgeneda pideva lülitamise tõttu, kannatavad õhuvoolu lülitikud sagedaseks kasutamiseks. Nafta puudumine tähendab, et elektrivoolu kannavatel kontaktipindadel on minimaalne kulumine. Kuid on oluline tagada pidev ja piisav tõstetud õhu tarnitus, kui oodatakse sagedast lülitamist.

• Vähene hooldus: Lõputult lülitamise võime viib vähendunud hooldusnõudluseni. See ei ainult säästa hoolduskulusid, vaid suurendab ka lülitiku usaldusväärsust ja saadavust.

• Tuleohu kaotamine: Kuna õhuvoolu lülitikud ei sisalda nafta, siis ka naftaga täidetud lülitikute tuleohu risk on täielikult kadunud, mis muudab need turvalisema valikuna elektriseadmete jaoks.

• Vähendatud suurus: Dielektrilise tugevuse kiire kasv õhuvoolu lülitikutes võimaldab palju väiksemat lõplikku vahet kaare kustutamiseks. See kompaktne disain tuleb väiksemate seadmetena, mis on kergemini integreeritavad elektrisüsteemidesse ja võtavad vähem ruumi.

Kaare kustutamise printsiip

Õhuvoolu lülitik sõltub lisandlikust tõstetud õhuseadmet, mis tarnib õhku õhuväljakule. Kui lülitik peab avama, suunatakse tõstetud õht kaare kustutamise kammari. See kõrgepingeline õhk avaldab jõudu liiguvatele kontaktidele, mille tulemusena need eralduvad. Kui kontaktid eralduvad, siis õhuvool kustutab ioniseeritud gaasi, mille on tekitanud kaar, efektiivselt kustutades selle.

Kaar tavaliselt kustutatakse ühes või mitmes tsüklis. Kaare kustutamise järel täidetakse kaare kammari kõrgepingeline õhk, mis aitab takistada uue kaare tekke. Õhuvoolu lülitikud kuuluvad välise kustutamiseenergia tüübi alla. Energiat, mida kasutatakse kaare kustutamiseks, pärineb kõrgepingelist õhust, sõltumatult katkestatavast voolust.

Õhuvoolu lülitikute tüübid

Kõik õhuvoolu lülitikud toimivad kontaktide eraldamise põhimõttel, mis luuakse õhuvoolu abil, kui avatakse õhuvoolu ventiil. Tekkinud kaar kiiresti keskendatakse noozlist, kus see hoidakse kindlal pikkusel ja alustatakse maksimaalse õhuvoolu jõuga. Õhuvoolu lülitikud klassifitseeritakse kolme tüübi, sõltuvalt tõstetud õhuvoolu suunast kontaktide ümber:

• Aksiaalne õhuvoolu lülitik: Selles tüübis on õhuvool paralleelne kaarega, venib pikkustes. Aksiaalsete õhuvoolu lülitikud saab edasi jagada ühe või kahe õhuvoolu. Mõned kahe õhuvoolu variandid, kus õhuvool suundub radiaalselt noozli või kontaktide vahelisse ruumi, nimetatakse mõnikord radiaalseteks õhuvoolu lülitijateks, isegi kui põhiline disain on aksiaalne.

Ülaltoodud joonisel on näidatud õhuvoolu lülitiku põhiline struktuur ja toimimine. Tavalistes töötingimustes jäävad fikseeritud ja liiguv kontakt kokku, hoides need kokku vedelike poolt. Õhuväljak on ühendatud kaare kammari õhuvoolu ventiili kaudu. See ventiil aktiveeritakse kolmekordse impulsiga, mis käivitab selle avamise, kui tekib vigane või vaja on katkestada vool.

Kui elektrisüsteemis tekib viga, siis trippimisimpuls on tegutsemise katalüsaator. See impuls aktiveerib õhuvoolu ventiili, mis ühendab õhuväljaku kaare kammari, pakkudes seda avada. Kui kõrgepingeline õhk väljakust ronib kaare kammari, siis see avaldab olulist jõudu liiguvatele kontaktidele. Kui õhujõud ületab vedelike poolt tavaliselt kontaktide sulguseks hoidvat vastast, siis liiguvad kontaktid hakkavad eralduma, algates voolu katkestamisest ja kaare kustutamisest.

Kui kontaktid eralduvad kõrgekiiruselise õhuvoolu tõttu, tekib kaar nende vahel. Õhk, mis voolab aksiaalselt kaare pikkustes, eemaldab efektiivselt soojust kaare ümbrusest. Kui vool läheneb nullile, siis see pidev soojuse eemaldamine põhjustab kaare diameetri oluliselt vähenemist. Hetkel, kui vool jõuab nullini, katkestatakse kaar edukalt. Järgmisena täidetakse kontaktide vaheline ruum uue õhuga, mis voolab noozlist kaudu. See uue õhuga täidetud ruum eemaldab soojat, ioniseeritud gaasi, mis oli kontaktide vahel, taastades kiiresti kontaktide vahelise dielektrilise tugevuse ja takistades igat potentsiaalset uue kaare tekke.

Risti õhuvoolu lülitik

Risti õhuvoolu lülitikus toimib kaare kustutamise mehhanism erinevalt. Siin suunatakse õhuvool kaare vastaselt. Alltoodud skeem näitab risti õhuvoolu printsiipi, mida kasutatakse selliste lülitikega. Kui liiguv kontaktkolm aktiveeritakse piiratud ruumis, tekib kaar. Kohe järgneb risti õhuvool, mis puhastab selle kaare splittimisplatide suunas. Splittimisplaatid segavat kaaret väiksemateks segmentideks, levitades selle energiat. See protsess efektiivselt nõrgendab kaart nii, et pärast voolu läbimist nulli, sellel puudub energia uue kaare tekkeks, tagades elektrivoo eduka katkestamise.

Vastuseadmise lülitamine ja õhuvoolu lülitikute puudused

Vastuseadmise lülitamine

Tavaliselt pole vastuseadmise lülitamine õhuvoolu lülitikutes absoluutselt vajalik. Kui kaar kustutatakse, siis see loob ise mingit vastust, mis aitab reguleerida ajutist restriikingpinget. Kuid kui lisavastus on mõnes konkreetses rakenduses kasulik, siis seda saab lisada, ühendades vastendi kaare splittimise osa kohal. See lisatud vastus annab lisa kontrolli üle pingetransientide, parandades lülitiku jõudlust teatud tingimustes.

Õhuvoolu lülitikute puudused

Üks õhuvoolu lülitikute peamisi piiranguid on rangest nõue pideva tõstetud õhu tarnimise kohta täpselt määratud pingel. Selle saatmiseks on sageli vaja suuri installatsioone, tavaliselt kaks või rohkem kompresoreid. Sellise keerulise kompressiooniasema hooldamine ei ole lihtne; see nõuab regulaarseid hooldustöid, et hoida kompressoreid tõhusalt töötavina ja lahendada võimalikud mehaanilised probleemid.

Lisaks on õhuvoolu lülitikutes pidev probleem õhuvoolu puhkepunktide lekkega. Isegi väikesed lekked võivad aja jooksul õhupinget nõrgendada, mõjutades lülitiku jõudlust. Nende lekkede tuvastamine ja parandamine võib olla aega- ja tööintensiivne. Need hooldusprobleemid koos keerulise õhutarnesüsteemiga aitavad suurendada operatsioonikulusid.

Võrreldes nafta või muude õhuvoolu lülitikute juures, on õhuvoolu lülitikud eriti kallid madala pingega rakendustes. Tõstetud õhu genereerimiseks vajalik lai infrastruktuur ja seotud hoolduskulud teevad need madala pingega stsenaariumides, kus madalamad pinged on kaasatud, vähem kulusaadetavaks, piirates nende laialdasemat kasutust sellistes kontekstides.