Breaker ng Circuit na May Hangin na Pampalakas: Pagpapatakbo, mga Kahusayan, at Uri

Ang isang breaker ng circuit na may hangin na pampalakas ay gumagamit ng compressed air o gas bilang medium para sa pagputol ng arc. Ang compressed air ay nakaimbak sa isang tangke at kapag kailangan, inilalabas ito sa pamamagitan ng isang nozzle upang makabuo ng jet na may mataas na bilis. Naglalaro ang jet na ito ng mahalagang papel sa pagpapatay ng arc na nabubuo kapag ang circuit breaker ay nagpuputok ng electrical current.

Kadalasang ginagamit ang mga breaker ng circuit na may hangin na pampalakas para sa mga indoor application sa medium-high voltage range na may medium rupturing capacities. Karaniwan silang angkop para sa mga voltages hanggang 15 kV at rupturing capacities na 2500 MVA. Bukod dito, kasalukuyang ginagamit din sila sa mga high-voltage outdoor switchyards para sa 220 kV lines.

Bagama't iba't ibang gases tulad ng carbon dioxide, nitrogen, freon, o hydrogen ay maaaring gamitin bilang medium para sa pagputol ng arc, ang compressed air ang naging piniliang choice para sa mga gas blast circuit breakers. May ilang malakas na dahilan para dito:

• Nitrogen: Ang kanyang kakayahan sa pagputol ng circuit ay katulad ng compressed air, walang significant advantage sa aspeto ng performance.

• Carbon Dioxide: Isa sa mga pangunahing kadahilanan ay ang hirap sa pagkontrol ng flow nito. May tendensiyang matigas ito sa mga valves at iba pang narrow passages, na maaaring magdulot ng disruption sa proper functioning ng circuit breaker.

• Freon: Bagama't may mataas na dielectric strength at excellent arc-extinguishing properties, ito ay may mataas na presyo. Bukod dito, kapag napapahid sa isang arc, ito ay nagdisintegrate sa mga acid-forming elements, na nagpapahamak sa equipment at sa paligid na environment.

Ang mga breaker ng circuit na may hangin na pampalakas ay nagbibigay ng ilang desirable features:

• High-Speed Operation: Sa mga malalaking interconnected electrical networks, ang pag-maintain ng system stability ay napakahalaga. Ang mga breaker ng circuit na may hangin na pampalakas ay nakikilala sa ganitong aspeto dahil sa napakamaliit na oras ng interval sa pagitan ng discharge ng triggering impulse at ang separation ng contacts. Ang mabilis na tugon na ito ay tumutulong upang mabawasan ang impact ng mga fault sa buong electrical grid.

• Suitability for Frequent Operation: Kumpara sa mga circuit breakers na gumagamit ng oil, na maaaring madaling carbonize at degrade sa repeated switching, ang mga breaker ng circuit na may hangin na pampalakas ay maaaring tiisin ang frequent operation. Ang absence ng oil ay nangangahulugan na may minimal wear and tear sa mga current-carrying contact surfaces. Ngunit, mahalagang siguruhin ang continuous at sapat na supply ng compressed air kapag inaasahan ang frequent switching.

• Negligible Maintenance: Ang kakayahan na tiisin ang repeated switching nang madali ay nagresulta sa reduced maintenance requirements. Ito ay hindi lamang nagbabawas sa maintenance costs kundi nagpapataas din ng reliability at availability ng circuit breaker.

• Elimination of Fire Hazard: Dahil wala silang oil, ang risk ng fire na nauugnay sa oil-filled circuit breakers ay completely eliminated, kaya mas ligtas ang mga ito para sa mga electrical installations.

• Reduced Size: Ang mabilis na paglago ng dielectric strength sa mga breaker ng circuit na may hangin na pampalakas ay nagpapahintulot ng mas maliit na final gap na kinakailangan para sa arc extinction. Ang compact design na ito ay nagreresulta sa mas maliit na devices, na maaaring mas madali na ma-integrate sa mga electrical systems at okupado ang mas kaunting lugar.

Principle of Arc Extinction

Ang isang breaker ng circuit na may hangin na pampalakas ay umasa sa isang additional compressed air system upang magbigay ng hangin sa air receiver. Kapag kailangan ang circuit breaker na buksan, inilalabas ang compressed air sa arc extinction chamber. Ang high-pressure air na ito ay nagpapakilos sa moving contacts, nagdudulot ng separation. Habang ang contacts ay naghihiwalay, ang air blast ay nag-sweep away ng ionized gas na nabuo ng arc, effectively extinguishing it.

Karaniwang natatapos ang arc sa loob ng isang o higit pang cycle. Matapos ang arc extinction, ang arc chamber ay puno ng high-pressure air, na tumutulong upang maprevent ang restrikes. Ang mga breaker ng circuit na may hangin na pampalakas ay kasama sa category ng external extinguishing energy type. Ang energy na ginagamit para sa quenching ng arc ay galing sa high-pressure air, independent ng current na pinuputol.

Types of Air Blast Circuit Breakers

Lahat ng mga breaker ng circuit na may hangin na pampalakas ay gumagana sa principle ng paghihiwalay ng kanilang contacts sa isang arc-forming airflow na nabubuo sa pamamagitan ng pagbubukas ng blast valve. Ang arc na nabubuo ay mabilis na centered sa pamamagitan ng isang nozzle, kung saan ito binabantayan sa fixed length at inilalapat ang maximum force ng air flow. Batay sa direksyon ng compressed air blast sa paligid ng contacts, ang mga breaker ng circuit na may hangin na pampalakas ay maaaring iclassify sa tatlong uri:

• Axial Blast Air Circuit Breaker: Sa uri na ito, ang air flow ay parallel sa arc, flowing longitudinally along its length. Ang axial blast air circuit breakers ay maaaring further categorized bilang single-blast o double-blast. Ang ilang double-blast arrangements, kung saan ang air blast ay nag-flow radially sa nozzle o sa space sa pagitan ng contacts, ay kadalasang tinatawag na radial blast circuit breakers, bagama't ang primary axial-flow design concept.

Ang fundamental structure at operation ng isang breaker ng circuit na may hangin na pampalakas ay ipinapakita sa diagram sa itaas. Sa normal operating conditions, ang fixed at moving contacts ay nananatiling closed, pinagsasama ng force na inilalabas ng springs. Ang isang air reservoir tank ay konektado sa arc chamber sa pamamagitan ng isang air valve. Ang valve na ito ay ikinakatawan ng isang triple impulse mechanism, na nag-trigger ng pagbubukas nito kapag may fault o kailangan ng interruption ng current.

Kapag may fault sa electrical system, ang tripping impulse ay nagsisilbing catalyst para sa action. Ang impulse na ito ay nag-activate ng air valve na konekta ang air reservoir sa arcing chamber, nagbubukas ito. Habang ang high-pressure air mula sa reservoir ay nag-rush sa arc chamber, ito ay nagpapakilos ng significant force sa moving contacts. Kapag ang air pressure ay lumampas sa resistance na inilalabas ng spring force na normal na nagpapahintulot ng contacts na closed, ang moving contacts ay nagsisimula ng separation, nag-uumpisa ng process ng interruption ng electrical current at pagpapatay ng arc.

Kapag ang contacts ay naghihiwalay dahil sa pressure ng high-velocity air, nabubuo ang arc sa pagitan nila. Ang hangin, na nagflow sa high speed axially along the length ng arc, effectively removes heat mula sa periphery ng arc. Habang ang current ay lumapit sa zero, ang continuous heat extraction ay nagdudulot ng significant shrinkage ng diameter ng arc. Sa oras na ang current ay umabot sa zero, ang arc ay matagumpay na interrupted. Subsequently, fresh air, streaming through the nozzle, fills the space between the contacts. Ang flow ng fresh air ay nag-clear away ng hot, ionized gases na present sa contact space, rapidly restoring the dielectric strength between the contacts at preventing any potential re-ignition ng arc.

Cross Blast Air Circuit Breaker

Sa isang cross blast air circuit breaker, ang arc-extinguishing mechanism ay gumagana nang iba. Dito, ang arc blast ay directed perpendicular sa arc itself. Ang figure sa ibaba ay nagbibigay ng schematic illustration ng cross blast principle na ginagamit sa uri ng circuit breaker na ito. Kapag ang moving contact arm ay inactuate sa isang confined space, nabubuo ang arc. Agad, ang transverse blast ng hangin ay propels ang arc patungo sa splitter plates. Ang splitter plates ay fragmenting ang arc sa mas maliit na segments, dissipating ang energy nito. Ang proseso na ito effectively weakens ang arc sa punto na, matapos ang current ay lumipas sa zero, ito ay walang energy na restrike, ensuring ang successful interruption ng electrical circuit.

Resistance Switching at Mga Kadahilanan ng Air Blast Circuit Breakers

Resistance Switching

Typically, ang resistance switching ay hindi absolute necessity sa air blast circuit breakers. Kapag ang arc ay quenched, ito ay inherent na creating some resistance, na tumutulong sa regulation ng transient restriking voltage. Ngunit, kung additional resistance ay deemed beneficial para sa specific applications, ito ay maaaring incorporated sa pamamagitan ng pag-connect ng isang resistor across the arc splitter section. Ang added resistance na ito ay nagbibigay ng extra layer ng control sa voltage transient, enhancing ang performance ng circuit breaker sa ilang kondisyon.

Mga Kadahilanan ng Air Blast Circuit Breakers

Isa sa mga pangunahing limitation ng air blast circuit breakers ay ang strict requirement para sa continuous supply ng compressed air sa exact pressure. Upang masiguro ang availability, kadalasang kailangan ang large-scale installations, na karaniwang may dalawa o higit pang compressors. Ang pag-maintain ng complex compression plant na ito ay hindi maliit na task; ito ay nangangailangan ng regular upkeep upang panatilihin ang efficient running ng compressors at address ang anumang mechanical issues na maaaring magkaroon.

Bukod dito, ang air leakage sa pipe fittings ay isang persistent problem. Kahit minor leaks ay maaaring gradual na deplete ang air pressure, compromising ang performance ng circuit breaker. Ang detection at rectification ng mga leak ay maaaring time-consuming at labor-intensive. Ang mga maintenance challenges, combined with the need para sa sophisticated air supply system, contribute sa higher operational costs.

Kapag ihinalo sa oil o iba pang types ng air-break circuit breakers, ang air blast circuit breakers ay partikular na expensive para sa low-voltage applications. Ang extensive infrastructure na kailangan para sa compressed air generation at ang associated maintenance expenses ay nagpapahamak sa kanilang cost-effectiveness sa scenarios na may lower voltages, limiting ang kanilang widespread use sa mga kontekstong ito.