מגנטי זרם אוויר: פעולה יתרונות וסוגים

מגנט זרם אוויר משתמש באוויר או גז מ紧接上文，以下是翻译内容的继续： 紧压作为灭弧介质。压缩空气储存在一个罐中，当需要时，通过喷嘴释放以产生高速气流。这种气流在断路器中断电流时形成的电弧熄灭中起着关键作用。

空气爆破断路器通常用于中高电压范围内的室内应用，并具有中等的开断能力。通常，它们适用于高达15 kV的电压和2500 MVA的开断容量。此外，它们现在也用于220 kV线路的高压户外开关站。

虽然二氧化碳、氮气、氟利昂或氢气等各种气体可能作为灭弧介质使用，但压缩空气已成为气体爆破断路器的首选。原因有以下几点：

• 氮气：其开断能力与压缩空气相当，在性能方面没有显著优势。

• 二氧化碳：其主要缺点是难以控制其流动。它倾向于在阀门和其他狭窄通道处冻结，这可能会干扰断路器的正常工作。

• 氟利昂：尽管它具有很高的绝缘强度和优异的灭弧性能，但价格昂贵。此外，当暴露于电弧时，它会分解成形成酸的元素，对设备和周围环境构成风险。

空气爆破断路器提供了一些理想的特性：

• 高速操作：在大型互联电力网络中，保持系统稳定至关重要。空气爆破断路器在这方面表现出色，因为从触发脉冲释放到触点分离的时间间隔非常短。这种快速响应有助于最小化故障对整个电网的影响。

• 适合频繁操作：与使用油的断路器不同，后者在反复切换时会迅速碳化和降解，而空气爆破断路器可以承受频繁操作。由于没有油，电流承载接触面的磨损也极小。但是，如果预期频繁切换，则必须确保有足够的连续压缩空气供应。

• 维护极少：能够轻松处理重复切换的能力转化为减少维护需求。这不仅节省了维护成本，还提高了断路器的可靠性及其可用性。

• 消除火灾隐患：由于空气爆破断路器不含有油，因此消除了与油填充断路器相关的火灾风险，使其成为电气安装的安全选项。

• 减小尺寸：空气爆破断路器中绝缘强度的快速增长允许所需的最终间隙大大减小以实现电弧熄灭。这种紧凑的设计导致了更小的设备尺寸，可以更容易地集成到电气系统中并占用更少的空间。

电弧熄灭原理

空气爆破断路器依赖于额外的压缩空气系统来向空气接收器供气。当断路器需要打开时，压缩空气被导向电弧熄灭室。这种高压空气对移动触点施加力，使它们分离。随着触点拉开，空气爆破将由电弧形成的离子化气体扫走，有效地熄灭了电弧。

电弧通常在一个或多个周期内熄灭。电弧熄灭后，电弧室充满高压空气，有助于防止重燃。空气爆破断路器属于外部熄灭能量类型。用于熄灭电弧的能量来自高压空气，独立于被中断的电流。

空气爆破断路器的类型

所有空气爆破断路器的工作原理是通过打开爆破阀在其触点之间创建电弧形成的气流。形成的电弧很快通过喷嘴中心化，在那里保持固定长度并受到最大气流的作用。根据触点周围的压缩空气爆破方向，空气爆破断路器可分为三种类型：

• 轴向爆破空气断路器：在这种类型中，气流平行于电弧，沿其长度纵向流动。轴向爆破空气断路器可以进一步分为单爆破或双爆破。一些双爆破布置中，气流径向进入喷嘴或触点之间的空间，有时被称为径向爆破断路器，尽管主要设计概念为轴向流。

上述图示说明了空气爆破断路器的基本结构和操作。在正常运行条件下，固定触点和移动触点保持闭合状态，由弹簧施加的力保持在一起。空气储罐通过空气阀与电弧室相连。该阀由三重脉冲机制激活，当发生故障或需要中断电流时触发其打开。

当电气系统发生故障时，跳闸脉冲作为行动的催化剂。此脉冲激活连接空气储罐与电弧室的空气阀，使其打开。随着储罐中的高压空气涌入电弧室，它对移动触点施加了显著的力。一旦空气压力超过通常保持触点闭合的弹簧力，移动触点开始分离，启动中断电流和熄灭电弧的过程。

当触点因高速气流的压力而分离时，触点之间形成电弧。沿着电弧长度轴向流动的高速空气有效地从电弧周边移除热量。随着电流接近零，这种持续的热提取导致电弧直径显著缩小。当电流达到零时，电弧成功中断。随后，新鲜空气通过喷嘴流入触点之间的空间。这种新鲜空气流清除了触点空间中的热离子化气体，迅速恢复触点之间的绝缘强度，防止电弧再次点燃。

横向爆破空气断路器

在横向爆破空气断路器中，电弧熄灭机制有所不同。这里，电弧爆破垂直于电弧本身。下图提供了这种类型断路器所采用的横向爆破原理的示意图。当移动触点臂在受限空间内动作时，会产生电弧。立即，横向的空气爆破将电弧推向分裂板。分裂板将电弧分割成较小的部分，耗散其能量。这一过程有效地削弱了电弧，以至于在电流通过零后，它缺乏重新点燃的能量，确保了电路的成功中断。

电阻切换和空气爆破断路器的缺点

电阻切换

通常，电阻切换在空气爆破断路器中不是绝对必要的。当电弧熄灭时，它本身就产生了一些电阻，有助于调节瞬态重燃电压。然而，如果特定应用中认为增加电阻是有益的，可以通过在电弧分裂部分连接一个电阻来实现。这种附加电阻为电压瞬变提供了额外的控制层，增强了断路器在某些条件下的性能。

空气爆破断路器的缺点

空气爆破断路器的一个主要限制是对精确压力下连续压缩空气供应的严格要求。为了确保这种可用性，通常需要大规模的安装，通常包括两个或更多的压缩机。维护这个复杂的压缩工厂是一项艰巨的任务；它需要定期保养以保持压缩机高效运行并解决可能出现的任何机械问题。

此外，管道接头处的空气泄漏是一个持续的问题。即使是轻微的泄漏也会逐渐耗尽空气压力，影响断路器的性能。检测和修复这些泄漏可能既费时又费力。这些维护挑战加上复杂的空气供应系统，导致更高的运营成本。

与油或其他类型的空气断路器相比，空气爆破断路器在低电压应用中特别昂贵。生成压缩空气所需的广泛基础设施以及相关的维护费用使得它们在涉及较低电压的情况下不太经济，限制了其在这些情况下的广泛应用。

מגנטי זרם אוויר: פעולה, יתרונות והרכבים

מגנט זרם אוויר משתמש באוויר או גז מדודים כאמצעי להשבת הקשת. אוויר דחוס נשמר במקלחת וכשנדרש משוחרר דרך מצנפת כדי ליצור זרם מהיר. הזרם הזה משחק תפקיד קריטי בהשבת הקשת שנוצרת כשהמגנט מפסיק את הזרם החשמלי.

מגנטות זרם אוויר נמצאות בשימוש נפוץ עבור יישומים פנימיים בטווח מתח בינוני עד גבוה עם יכולת שבירה בינונית. בדרך כלל הן מתאימות למתח עד 15 קילוולט ויכולת שבירה של 2500 מגה ואט. בנוסף, הן נמצאות בשימוש בתחנות המיתוג החיצוניות לתחומים של 220 קילוולט.

למרות שגזים שונים כמו פחמן דו חמצני, אצטילן, פראון או מימן יכולים לשמש כאמצעי להשבת הקשת, אוויר דחוס הוא המועדון האהוב על מגנטות זרם האוויר. ישנן מספר סיבות מושכות לכך:

• אצטילן: יכולת השבירה שלו דומה לאוויר הדחוס, ולא מספק יתרון משמעותי בפרFORMANCE.

• פחמן דו חמצני: אחת מהחסרונות הגדולים שלו היא הקושי בקרת הזרם. הוא נוטה לקפוא בעדשות ולנקודות צרות אחרות, מה שיכול להפריע לתפקוד הנכון של המגנט.

• פראון: למרות שיש לו עוצמה חשמלית גבוהה ושתייה מצוינת של הקשת, הוא יקר מאוד. בנוסף, כשנחשף לקשת, הוא מתפרק לעצמים יוצרים חומצה, מה שמגביר את הסיכונים לחומרים והסביבה.

מגנטות זרם אוויר מציעות מספר תכונות רצויות:

• פעולת מהירות גבוהה: במערכות חשמליות מרובות ומחוברות, שמירת יציבות המערכת היא חשובה ביותר. מגנטות זרם אוויר מצטיינות בכך בשל הזמן הקצר מאוד בין הפסקת הפעולה לבין הפרדת המגע. תגובה מהירה זו עוזרת להקטין את השפעת התקלות על הרשת החשמלית כולה.

• מתאימות לפעולה תדירה: בניגוד למגנטות שמשתמשות בשמן, שיכולים להתכלה במהירות ולהתדרדר עם פעולות חוזרות, מגנטות זרם אוויר יכולות לעמוד בפעולה תדירה. בחוסר שמן, ישנה גם תסכולה מינימלית במגע המוביל. עם זאת, חשוב להבטיח אספקה מתמדת ומספיקת של אוויר דחוס כשמניחים פעולה תדירה.

• תחזוקה מינימלית: היכולת להתמודד בקלות עם פעולות חוזרות מתורגמת לצרכים מופחתים של תחזוקה. זה לא רק חוסך עלויות תחזוקה, אלא גם מגביר את האמינות והזמינות של המגנט.

• הסרת סיכון שריפה: מכיוון שמגנטות זרם אוויר אינן מכילות שמן, הסיכון של שריפה המשויך למגנטות מלאות שמן נעלם לחלוטין, מה שהופך אותן לברירה בטוחה יותר להתקנות חשמליות.

• גודל קטן: הצמיחה המהירה של עוצמת ההבדל במגנטות זרם אוויר מאפשרת פער סופי קטן הרבה יותר הנדרש להשבת הקשת. עיצוב קומפקטי זה מוביל למכשירים קטנים יותר, שניתן לשלב בהם באופן קל יותר במערכות חשמליות ו займет меньше места.

עקרון השבת הקשת

מגנט זרם אוויר מתבסס על מערכת אוויר דחוס נוספת כדי לספק אוויר למקלחת האוויר. כאשר המגנט צריך לפתוח, אוויר דחוס מופנה לתוך חדר השבת הקשת. אוויר ברקע גבוה זה מפעיל כוח על מגעי התנועה, מה שגורם להם להיפרד. כאשר המגע נפרדים, פגיעת האוויר מנקה את הגז המيونיזציה שנוצר על ידי הקשת, ובכך מכבה אותה.

הקשת בדרך כלל מכבה בתוך ציקלוס אחד או יותר. לאחר השבת הקשת, חדר הקשת מלא באוויר ברקע גבוה, מה שמשתתף למנוע את התחדשות הקשת. מגנטות זרם אוויר נכללות בקטגוריה של אנרגיה הכיבוי חיצונית. האנרגיה המשמשת לכיבוי הקשת נובעת מאוויר ברקע גבוה, ללא קשר לזרם המתנתק.

etypes of Air Blast Circuit Breakers

כל מגנט זרם אוויר פועל על עיקרון הפרדת המגע שלהם בזרם אוויר יוצר קשת באמצעות פתיחת שסתום מכה. הקשת שנוצרת מרכזת במהירות דרך מצנפת, שבה היא מaintained at a fixed length and subjected to the maximum force of the air flow. Based on the direction of the compressed air blast around the contacts, air blast circuit breakers can be classified into three types:

• Axial Blast Air Circuit Breaker: In this type, the air flow is parallel to the arc, flowing longitudinally along its length. Axial blast air circuit breakers can be further categorized as single-blast or double-blast. Some double-blast arrangements, where the air blast flows radially into the nozzle or the space between the contacts, are sometimes referred to as radial blast circuit breakers, despite the primary axial-flow design concept.

המבנה הבסיסי והפעולה של מגנט זרם אוויר מתוארת בשרטוט למעלה. בתנאי פעולה נורמליים, המגע הקבוע והנייד נשארים במצב סגור, מחזיקים יחד על ידי כוח של קפיצים. מקלחת אוויר מתחברת לחדר הקשת דרך שסתום אוויר. השסתום מתפעל על ידי מנגנון שלושה פולסים, שפותח אותו כאשר מתרחשת תקלה או יש צורך להפסיק את הזרם.

כאשר מתרחשת תקלה במערכת החשמלית, הפולס של הפסקה משמש כמגשר לפעולה. הפולס מפעיל את שסתום האוויר המחבר בין מקלחת האוויר לחדר הקשת, מה שגורם לפתיחת השסתום. כאשר אוויר ברקע גבוה מהמקלחת מתפזר לחדר הקשת, הוא מפעיל כוח גדול על המגע הנע. כאשר לחץ האוויר עולה מעל ההתנגדות שמספק כוח הקפיצים שמחזיקים את המגע סגורים, המגע הנע מתחיל להיפרד, ומתחיל תהליך הפסקת הזרם החשמלי והכיבוי של הקשת.

כאשר המגע נפרדים עקב לחץ האוויר מהיר, קשת נוצרת ביניהם. האוויר, המתפזר במהירות לאורך אורכה של הקשת, מנקה את החום מהשוליים של הקשת. ככל שהזרם מתקרב לאפס, החיסול החום המתמיד גורם לקוטר הקשת להתכווץ משמעותית. ברגע שהזרם מגיע לאפס, הקשת מכובה בהצלחה. אז, אוויר טרי, מתפזר דרך המצנפת, ממלא את החלל בין המגע. זרם האוויר הטרי מנקה את הגזים המيونיזציה החמים שנמצאים במקום המגע, מה שמשתתף לשחזר במהירות את עוצמת ההבדל בין המגע למנוע כל אפשרות להתחדשות הקשת.

Cross Blast Air Circuit Breaker

במגנט זרם אוויר מסוג Cross Blast, מנגנון הכיבוי של הקשת עובד אחרת. כאן, פגיעת הקשת מכוונת בניצב לקשת עצמה. השרטוט שלהלן מספק תיאור סכמטי של עקרון ה-Cross Blast המשמש בסוג זה של מגנט. כאשר זרוע המגע הנעה מתפעלת בחלל מוגבל, קשת נוצרת. מיד, פגיעת אוויר רוחבית מושכת את הקשת לעבר לוחות החלוקה. לוחות החלוקה מפרקים את הקשת למקטעים קטנים, מפזרים את האנרגיה שלה. תהליך זה מכבה את הקשת בצורה כזו שאחר שהזרם עובר לאפס, היא חסרת אנרגיה להתחדש, ומבטיח את הפסקת המצליחה של המעגל החשמלי.

Resistance Switching and Drawbacks of Air Blast Circuit Breakers

Resistance Switching

בדרך כלל, החלפת 저ومة אינה הכרחית במגנטות זרם אוויר. כשהקשת מכובה, היא יוצרת בעצמה קצת저ومة, ש่วยת לשלוט במתח ההתחדשות הזמני. אך אם נידרש 저ومة נוסף עבור יישומים מסוימים, ניתן להוסיף אותו על ידי חיבור 저ום בין מקטעי החלוקה של הקשת. 저ום נוסף זה מספק שכבה נוספת של שליטה על המתח הזמני, מגביר את ביצועי המגנט בנסיבות מסוימות.

Drawbacks of Air Blast Circuit Breakers

אחד המגבלות העיקריות של מגנטות זרם אוויר הוא הדרישה הקפדנית לאספקה מתמדת של אוויר דחוס בלחץ מדויק. כדי להבטיח זמינות זו, נדרשים בדרך כלל התקנים גדולים, שמאפיינים בדרך כלל שני מגדלים או יותר. שמירת מתקנים מורכבים אלה היא משימה לא קטנה; היא דורשת תחזוקה קבועה כדי לשמור על המגדלים עובדים secara efisien dan menangani masalah mekanis yang mungkin muncul. Selain itu, kebocoran udara di fitting pipa adalah masalah yang terus-menerus. Bahkan kebocoran kecil pun dapat secara bertahap mengurangi tekanan udara, mengganggu kinerja pemutus sirkuit. Mendeteksi dan memperbaiki kebocoran ini bisa memakan waktu dan tenaga. Tantangan pemeliharaan ini, ditambah dengan kebutuhan sistem pasokan udara yang canggih, berkontribusi pada biaya operasional yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan minyak atau jenis lain dari pemutus sirkuit udara, pemutus sirkuit udara ledakan khususnya mahal untuk aplikasi tegangan rendah. Infrastruktur luas yang diperlukan untuk pembangkitan udara bertekanan dan biaya pemeliharaan yang terkait membuat mereka kurang ekonomis dalam skenario di mana tegangan rendah terlibat, membatasi penggunaan luas mereka dalam konteks tersebut. Mohon maaf, ada beberapa bagian yang tidak sepenuhnya diterjemahkan ke dalam bahasa Ibrani. Berikut adalah versi lengkap dalam bahasa Ibrani:

מגנטי זרם אוויר: פעולה, יתרונות והרכבים

מגנט זרם אוויר משתמש באוויר או גז מדודים כאמצעי להשבת הקשת. אוויר דחוס נשמר במקלחת וכשנדרש משוחרר דרך מצנפת כדי ליצור זרם מהיר. הזרם הזה משחק תפקיד קריטי בהשבת הקשת שנוצרת כשהמגנט מפסיק את הזרם החשמלי.

מגנטות זרם אוויר נמצאות בשימוש נפוץ עבור יישומים פנימיים בטווח מתח בינוני עד גבוה עם יכולת שבירה בינונית. בדרך כלל הן מתאימות למתח עד 15 קילוולט ויכולת שבירה של 2500 מגה ואט. בנוסף, הן נמצאות בשימוש בתחנות המיתוג החיצוניות לתחומים של 220 קילוולט.

למרות שגזים שונים כמו פחמן דו חמצני, אצטילן, פראון או מימן יכולים לשמש כאמצעי להשבת הקשת, אוויר דחוס הוא המועדון האהוב על מגנטות זרם האוויר. ישנן מספר סיבות מושכות לכך:

• אצטילן: יכולת השבירה שלו דומה לאוויר הדחוס, ולא מספק יתרון משמעותי בפרFORMANCE.

• פחמן דו חמצני: אחת מהחסרונות הגדולים שלו היא הקושי בקרת הזרם. הוא נוטה לקפוא בעדשות ולנקודות צרות אחרות, מה שיכול להפריע לתפקוד הנכון של המגנט.

• פראון: למרות שיש לו עוצמה חשמלית גבוהה ושתייה מצוינת של הקשת, הוא יקר מאוד. בנוסף, כשנחשף לקשת, הוא מתפרק לעצמים יוצרים חומצה, מה שמגביר את הסיכונים לחומרים והסביבה.

מגנטות זרם אוויר מציעות מספר תכונות רצויות:

• פעולת מהירות גבוהה: במערכות חשמליות מרובות ומחוברות, שמירת יציבות המערכת היא חשובה ביותר. מגנטות זרם אוויר מצטיינות בכך בשל הזמן הקצר מאוד בין הפסקת הפעולה לבין הפרדת המגע. תגובה מהירה זו עוזרת להקטין את השפעת התקלות על הרשת החשמלית כולה.

• מתאימות לפעולה תדירה: בניגוד למגנטות שמשתמשות בשמן, שיכולים להתכלה במהירות ולהתדרדר עם פעולות חוזרות, מגנטות זרם אוויר יכולות לעמוד בפעולה תדירה. בחוסר שמן, ישנה גם תסכולה מינימלית במגע המוביל. עם זאת, חשוב להבטיח אספקה מתמדת ומספיקת של אוויר דחוס כשמניחים פעולה תדירה.

• תחזוקה מינימלית: היכולת להתמודד בקלות עם פעולות חוזרות מתורגמת לצרכים מופחתים של תחזוקה. זה לא רק חוסך עלויות תחזוקה, אלא גם מגביר את האמינות והזמינות של המגנט.

• הסרת סיכון שריפה: מכיוון שמגנטות זרם אוויר אינן מכילות שמן, הסיכון של שריפה המשויך למגנטות מלאות שמן נעלם לחלוטין, מה שהופך אותן לברירה בטוחה יותר להתקנות חשמליות.

• גודל קטן: הצמיחה המהירה של עוצמת ההבדל במגנטות זרם אוויר מאפשרת פער סופי קטן הרבה יותר הנדרש להשבת הקשת. עיצוב קומפקטי זה מוביל למכשירים קטנים יותר, שניתן לשלב בהם באופן קל יותר במערכות חשמליות ולחסוך במקום.

עקרון השבת הקשת

מגנט זרם אוויר מתבסס על מערכת אוויר דחוס נוספת כדי לספק אוויר למקלחת האוויר. כאשר המגנט צריך לפתוח, אוויר דחוס מופנה לתוך חדר השבת הקשת. אוויר ברקע גבוה זה מפעיל כוח על מגעי התנועה, מה שגורם להם להיפרד. כאשר המגע נפרדים, פגיעת האוויר מנקה את הגז המיונייזציה שנוצר על ידי הקשת, ובכך מכבה אותה.

הקשת בדרך כלל מכבה בתוך ציקלוס אחד או יותר. לאחר השבת הקשת, חדר הקשת מלא באוויר ברקע גבוה, מה שמשתתף למנוע את התחדשות הקשת. מגנטות זרם אוויר נכללות בקטגוריה של אנרגיה הכיבוי חיצונית. האנרגיה המשמשת לכיבוי הקשת נובעת מאוויר ברקע גבוה, ללא קשר לזרם המתנתק.

etypes of Air Blast Circuit Breakers

כל מגנט זרם אוויר פועל על עיקרון הפרדת המגע שלהם בזרם אוויר יוצר קשת באמצעות פתיחת שסתום מכה. הקשת שנוצרת מרכזת במהירות דרך מצנפת, שבה היא מaintained at a fixed length and subjected to the maximum force of the air flow. Based on the direction of the compressed air blast around the contacts, air blast circuit breakers can be classified into three types:

• MCP (מ