Gaiss tilpāraķītāji: Darbība, priekšrocības un veidi

Gaiss tilpāraķītājs izmanto saistošo gaisu vai gaismu kā loka pārtraukšanas vidu. Saistītais gaisa tiek glabāts rezervuarā un, kad tas ir nepieciešams, iznīcināts caur trauksmi, lai radītu augstas ātruma straumi. Šī straume spēlē nozīmīgu lomu, iznīcinot lokus, kas rodas, kad tilpāraķītājs pārtrauc elektriskā strāva.

Gaiss tilpāraķītāji parasti tiek izmantoti iekšējiem lietojumiem vidējās un augstās sprieguma klases ar vidējo pārtraukšanas jaudu. Parasti tie ir piemēroti līdz 15 kV un pārtraukšanas jaudai līdz 2500 MVA. Turklāt tos tagad izmanto arī augstsprieguma ārējos elektrostacijas tīklos līniju 220 kV.

Lai gan dažādas gāzes, piemēram, oglekļa dioksīds, skābeklis, freons vai vāvere, varētu potenciāli tikt izmantotas kā loka pārtraukšanas vidu, saistītais gaisa ir kļuvusi par izvēles variantu gāzes tilpāraķītājiem. Ir vairākas pārliecinošas iemeslu:

• Skābeklis: Tās pārtraukšanas spējas ir salīdzināmas ar saistīto gaisa, piedāvājot nezināmu priekšrocību jaudas ziņā.

• Oglekļa dioksīds: Viens no tā galvenajiem trūkumiem ir grūtības kontrolēt tā plūsmu. Tas tendē uz ledēšanos ventilēs un citos īsos ceļos, kas var traucēt tilpāraķītāja pareizai darbībai.

• Freons: Nesenās dielektriskās stipruma un labas loka iznīcināšanas īpašības, bet tas ir dārgs. Turklāt, kad tā tiek izpostīts ar loku, tā sadalās sausrādformējošos elementos, kas rada riskus aprīkojumam un apkārtnei.

Gaiss tilpāraķītāji piedāvā vairākas vēlamās īpašības:

• Augstā ātruma darbība: Lielos savienojumā esošos elektrotīklos sistēmas stabilitāte ir visnozīmīgākā. Gaiss tilpāraķītāji šajā ziņā izcili, tāpēc ka starplaikums starp impulsu izraisīšanu un kontaktu atdalīšanos ir ļoti īss. Šī ātrā reakcija palīdz samazināt defektu ietekmi uz kopējo elektrotīklu.

• Atbilstība biežiem darbības periodiem: Atšķirībā no tilpāraķītājiem, kas izmanto eļļu, ko var viegli karbonizēt un degradēt ar biežu pārslēgšanu, gaiss tilpāraķītāji var izturēt biežu darbību. Eļļas absencija nozīmē, ka ir minimāls izsmalcinājums strāvas nesēju kontaktu virsmās. Tomēr, ja paredzama bieza pārslēgšana, ir svarīgi nodrošināt nepārtrauktu un pietiekamu saistītā gaisa piegādi.

• Neviennozīmīga uzturēšana: Spēja viegli apstrādāt biežus pārslēgšanas periodus nozīmē mazākas uzturēšanas prasības. Tas ne tikai ietaupa uzturēšanas izmaksas, bet arī palielina tilpāraķītāja drošumu un pieejamību.

• Ugunsgrēka novēršana: Tā kā gaiss tilpāraķītāji neatrodas eļļā, tās saistītās ugunsgrēka risks ir pilnībā izbeigts, padarot tos drošāku variantu elektroinstalācijām.

• Samazināta izmēra: Dielektriskā stipruma ātrais pieaugums gaiss tilpāraķītājos ļauj daudz mazākā beigu atstarpe, kas nepieciešama loka iznīcināšanai. Šis kompaktais dizains rezultē mazākos ierīču izmēros, kas vieglāk integrējas elektrosistēmās un aizņem mazāk telpas.

Loka iznīcināšanas princips

Gaiss tilpāraķītājs balstās uz papildu saistošo gaisa sistēmu, lai sniegtu gaisu gaisa rezervuāram. Kad tilpāraķītājam ir jāatver, saistošais gaisa tiek novirzīts loka iznīcināšanas kamērā. Šis augstspiediens gaisa izdara spiedienu uz kustīgajiem kontaktiem, izraisojot tos atdalīšanos. Kad kontakti atveras, gaisa tilpāraķītājs iznīcina ionizēto gāzi, kas ir radīta loka, efektīvi iznīcinot to.

Loks parasti tiek iznīcināts vienā vai vairākās ciklos. Pēc loka iznīcināšanas, loka kamērs tiek aizpildīts ar augstspiediena gaisu, kas palīdz novērst atkalapliesanās. Gaiss tilpāraķītāji ir klasificēti kā ārpuses iznīcināšanas enerģijas veids. Enerģija, kas tiek izmantota loka iznīcināšanai, nāk no augstspiediena gaisa, neatkarīgi no pārtrauktā strāvas.

Gaiss tilpāraķītāju veidi

Visi gaiss tilpāraķītāji darbojas saskaņā ar kontaktu atdalīšanas principu, izmantojot loka formējošu gaisa plūsmu, kas tiek radīta, atverot tilpāraķītāju. Loks, kas rodas, tiek ātri centrs caur trauksmi, kur tā saglabā fiksētu garumu un ir pakļauts maksimālajai gaisa plūsmas spēke. Balstoties uz saistošā gaisa tilpāraķītāja kontaktpunktu virzienā, gaiss tilpāraķītāji var tikt klasificēti trīs veidos:

• Assilīgs gaiss tilpāraķītājs: Šajā veidā gaisa plūsma ir paralēla loka, plūsto garākā virzienā pa tā garumu. Assilīgie gaiss tilpāraķītāji var tikt klasificēti kā vienassilīgie vai divassilīgie. Daži divassilīgie ierīkojumi, kur gaisa tilpāraķītājs plūst radiāli caur trauksmi vai telpu starp kontaktiem, dažreiz tiek saukti par radiālo tilpāraķītāju, neskatoties uz primāro assilīgo plūsmas konceptu.

Gaiss tilpāraķītāja pamata struktūra un darbība ir attēlotas diagrammā augšā. Normālās darbības apstākļos, fiksētie un kustīgie kontakti paliek slēgti, turēti kopā ar spriedeni, ko izraisa spraugas. Gaisa rezervuāra tanks ir savienots ar loka kamēru caur gaisa ventilē. Šis ventilis tiek aktivizēts trijstarpīgu impulsu mehānismu, kas to atver, ja notiek defekts vai nepieciešama strāvas pārtraukšana.

Ja elektrotīklā notiek defekts, trijstarpīgais impulsus kļūst par darbības katalizatoru. Šis impulsus aktivizē gaisa ventilis, kas savieno gaisa rezervuāru ar loka kamēru, to atverot. Kad augstspiediens gaisa no rezervuāra strādā loka kamērā, tas izdara nozīmīgu spiedienu uz kustīgajiem kontaktiem. Kad gaisa spiediens pārsniedz spraugas spiedienu, kas normāli turē contactus slēgti, kustīgie kontakti sāk atdalīties, sākot procesu, kas pārtrauc elektriskā strāva un iznīcina loku.

Kad kontakti atdalās augstā ātruma gaisa spiediena dēļ, loks formas starp tiem. Gaisa, plūstoša augstā ātrumā assilīgi pa loka garumu, efektīvi iznīcina siltumu loka periferijā. Kad strāva tuvojas nullei, šis nemainīgais siltuma iznīcināšanas process liek lokam samazināties būtiski. Brīdī, kad strāva sasniedz nulli, loks tiek veiksmīgi pārtraukts. Pēc tam, jauns gaisa, plūstošs caur trauksmi, aizpilda telpu starp kontaktiem. Šī jauna gaisa plūsma iznīcina karstu, ionizēto gāzi, kas bija kontaktpunktu telpā, ātri atjaunojot dielektrisko stiprumu starp kontaktiem un novēršot iespējamo loka atkalapliesanās.

Radiālais gaiss tilpāraķītājs

Radiālajā gaiss tilpāraķītājā loka iznīcināšanas mehānisma darbība ir atšķirīga. Šeit loka tilpāraķītājs tiek virzīts perpendikulāri loka. Zemāk minētā shēma attēlo radiālā tilpāraķītāja principu. Kad kustīgais kontaktu rāmis tiek aktīvēts ierobežotā telpā, loks tiek radīts. Tūlīt pat transversālais gaisa tilpāraķītājs pārnest šo loku uz sadalītājplāksnes. Sadalītājplāksnes sadala loku mazākos segmentos, izplatot tā enerģiju. Šis process efektīvi vājinās loku līdz punktam, kad pēc strāvas nulles tas nav pietiekami enerģisks, lai atkalapliesanās, nodrošinot veiksmīgu elektriskā tīkla pārtraukšanu.

Rezistīve pārslēgšana un gaiss tilpāraķītāju trūkumi

Rezistīve pārslēgšana

Parasti rezistīve pārslēgšana nav absolūta nepieciešamība gaiss tilpāraķītājos. Kad loks tiek iznīcināts, tā radīta kāda rezistīve, kas palīdz regulēt pagaidu atkalapliesanās spriegumu. Tomēr, ja papildu rezistīve ir vēlama noteiktām lietojumām, tā var tikt iestrādāta, savienojot rezistoru pāri loka sadalītājplāksnei. Šis pievienotais rezistors nodrošina papildu kontrolēšanu pār sprieguma pagaidu, palielinot tilpāraķītāja veiktspēju noteiktās situācijās.

Gaiss tilpāraķītāju trūkumi

Viens no galvenajiem gaiss tilpāraķītāju ierobežojumiem ir stingra prasība par nepārtrauktu saistošo gaisa piegādi precīzā spiedienā. Lai nodrošinātu šo pieejamību, parasti ir nepieciešamas lielas instalācijas, parasti ar diviem vai vairākiem kompresoriem. Šī sarežģītā kompresora uzturēšana nav viegla uzdevums; tai ir nepieciešama regulāra uzturēšana, lai nodrošinātu kompresoru efektīvu darbību un risinātu jebkādas mehāniskās problēmas, kas var rasties.

Turklāt gaisa noplūde cilpnēs ir pastāvīga problēma. Pat mazas noplūdes var graut gaisa spiedienu, kompromisējot tilpāraķītāja veiktspēju. Šo noplūdu uzsmeļšana un labošana var būt ilgstoša un smaga. Ņemot vērā šīs uzturēšanas problēmas, kā arī sarežģīto gaisa piegādes sistēmu, tiek radītas augstākas operācijas izmaksas.

Salīdzinājumā ar eļļu vai citiem gaisa tilpāraķītājiem, gaiss tilpāraķītāji ir īpaši dārgi zemās sprieguma lietojumā. Saistošā gaisa ģenerēšanai nepieciešamās plašas infrastruktūras un saistītās uzturēšanas izmaksas padara tos mazāk rentabļus situācijās, kad ir iesaistīts zems spriegums, ierobežojot to plašāku izmantošanu šādos kontekstos.