Зрачни прекинувачи: Функционирање, предности и видови

Зрачниот прекинувач користи компресиран воздух или гас како средство за прекинување на дуга. Компресираниот воздух се чува во резервоар и кога е потребно, се испушта низ цевка за да се создаде високоскоростен зрак. Овој зрак игра критичка улога во угашувањето на дугата која се формира кога прекинувачот прекинува електричната струја.

Зрачните прекинувачи обично се користат за внатрешни применби во опсегот на средно-висок напон со средна пречкапацитет. Обично се прифатливи за напони до 15 кВ и пречкапацитет од 2500 МВА. Поради тоа, тие се користат и во надворешни високонапонски превклучувачки станции за линии од 220 кВ.

Иако различни гасови како вртанс, азот, фреон или водород можат потенцијално да служат како средство за прекинување на дуга, компресираниот воздух се појавил како преферентна избор за гасни прекинувачи. Постојат неколку убедливи причини за ова:

• Азот: Неговите капацитети за прекинување на струјата се слични на онево на компресираниот воздух, што не дава значајна предност во функционирањето.

• Вртанс: Една од неговите главни недостатоци е трудноста во контролата на неговото протекување. Има тенденција да замрзне на клапи и други уските пасажи, што може да наруши правилното функционирање на прекинувачот.

• Фреон: Иако има висока диелектрична јачина и отлични својства за угашување на дуга, тој е многу скап. Поминувајќи кроз дуга, се разградува на елементи кои формираат киселина, што предизвикува ризици за опремата и околината.

Зрачните прекинувачи нудат неколку желани карактеристики:

• Брзо функционирање: Во големите поврзани електрични мрежи, одржувањето на стабилноста на системот е од најголема важност. Зрачните прекинувачи се изразително добри во оваа насока поради многу краткиот временски интервал помеѓу испуштањето на тригерска импулс и одделувањето на контактите. Ова брзо одговорство помага да се минимизира влијанието на дефектите врз целокупната електрична мрежа.

• Прифатливост за често функционирање: Спротивно на прекинувачите кои користат масло, што брзо се карбонизира и декаџира со повторуващо превклучување, зрачните прекинувачи можат да го издржат честото функционирање. Отстапувањето на маслото исто така значи дека има минимален износ на износ на трпеж на површините на контакти кои носат струја. Меѓутоа, е суштинско да се осигура непрекината и доволна достава на компресиран воздух кога се очекува често превклучување.

• Незначајна одржба: Способноста да се справи со повторуващо превклучување со лесно се транслира во намалени барања за одржба. Ова не само што спестува на трошоци за одржба, туку и подобрува надежноста и достапноста на прекинувачот.

• Елиминација на опасност од пожар: Бидејќи зрачните прекинувачи не содржат масло, опасноста од пожар поврзана со маслените прекинувачи е потполно елиминирана, што ги прави покефица опција за електрични инсталации.

• Намалена големина: Брзото зголемување на диелектричната јачина во зрачните прекинувачи дозволува многу помала крајна размака потребна за угашување на дуга. Овој компактен дизајн резултира со помали уреди, кои можат лесно да се интегрираат во електрични системи и да заемаат помало пространство.

Принцип на угашување на дуга

Зрачниот прекинувач се осигурдува дополнителен систем за компресиран воздух за достава на воздух во резервоарот за воздух. Кога прекинувачот треба да се отвори, компресираниот воздух се насочува кон камерата за угашување на дуга. Овој високопритисок воздух ја исправува силата на движење на контактите, што ги прави да се одделат. Додека контактите се одделуваат, зрачниот зрак ги смета ионизираните гасови формирани од дугата, што ефикасно ја угашува.

Дугата типички се угашува во еден или повеќе циклуси. По угашувањето на дугата, камерата за дуга се исполнува со високопритисок воздух, што помогнува да се спречат повторни загорења. Зрачните прекинувачи паѓаат во категоријата на типот на енергија за спречување на дуга од надворешни извори. Енергијата користена за угашување на дугата потекнува од високопритисок воздух, независно од прекинутата струја.

Видови на зрачни прекинувачи

Сите зрачни прекинувачи функционираат според принципот на одделување на нивните контакти во зракот формиран од отварањето на зрачна клапа. Дугата која се формира брзо се центрира низ цевка, каде што се одржува на фиксирана должина и подложена на максималната сила на воздухот. Врз основа на правецот на компресиран зрачен зрак околу контактите, зрачните прекинувачи можат да се класифицираат во три типа:

• Аксијален зрачен прекинувач: Во овој тип, зракот на воздухот е паралелен со дугата, текејќи должински долж нејзината должина. Аксијалните зрачни прекинувачи можат да се поделат како еден-зрак или два-зрак. Некои две-зрак аранжмани, каде што зрачниот зрак теке радијално во цевката или просторот меѓу контактите, понекогаш се нарекуваат радијални зрачни прекинувачи, иако основниот концепт е аксијален зрак.

Основната структура и функционирање на зрачниот прекинувач се илустрирани на горната дијаграма. Под нормални услови на работа, фиксираниот и движечкиот контакт остануваат во затворено состојба, задржани со силата која ја исправува пружината. Резервоарот за воздух е поврзан со камерата за дуга преку клапа за воздух. Оваа клапа се активира со триплетен импулс механизам, кој ја тригуира неговото отворање кога се случи дефект или кога е потребно да се прекине струјата.

Кога се случи дефект во електричниот систем, тригерскиот импулс служи како катализатор за акција. Овој импулс активира клапата за воздух која поврзува резервоарот за воздух со камерата за дуга, што ја прави да се отвори. Како што високопритисок воздух од резервоарот се устремува кон камерата за дуга, исправува значајна сила на движечкиот контакт. Кога притисокот на воздухот надмине отпорот исправен од силата на пружината која обично ги задржува контактите затворени, движечките контакти започнуваат да се одделуваат, иницирајќи процесот на прекинување на електричната струја и угашување на дугата.

Кога контактите се одделуваат поради притискот на високоскоростен воздух, формира се дуга помеѓу нив. Воздухот, текејќи на висока брзина аксијално долж должината на дугата, ефикасно го отстранува теплото од периферијата на дугата. Како што струјата се приближува до нула, овој непрекинат одзем на тепло прави дијаметрот на дугата значајно да се намали. У моментот кога струјата достигне нула, дугата успешно се прекинува. Последователно, свеж воздух, текејќи низ цевката, исполнува просторот помеѓу контактите. Овој проток на свеж воздух ги изчистува топките, ионизирани гасови кои беа присутни во просторот помеѓу контактите, брзо враќајќи диелектричната јачина помеѓу контактите и спречувајќи било какво потенцијално повторно загорење на дугата.

Трансверзален зрачен прекинувач

Во трансверзалниот зрачен прекинувач, механизмот за угашување на дугата функционира по различен начин. Тук, зрачниот зрак е насочен перпендикулярно на самата дуга. Дијаграмата подолу пружа схематска илустрација на трансверзалниот принцип користен во овој тип прекинувач. Кога движечкиот контакт е активиран во ограничено пространство, формира се дуга. Одма, трансверзален зрак на воздух го протера овој зрак кон плочки за сплитување. Плочките за сплитување го фрагментираат дугата на помали делови, дисипирајќи ја неговата енергија. Овој процес ефикасно ја слаби дугата до степен на тоа што, после што струјата мине низ нула, нема енергија за повторно загорење, осигурувајќи успешното прекинување на електричната кола.

Резистивно превклучување и недостатоци на зрачните прекинувачи

Резистивно превклучување

Обично, резистивното превклучување не е апсолутна потреба во зрачните прекинувачи. Кога дугата се угаси, таа инхерентно создава некоја резистивност, што помага да се регулира преходната рестартања напон. Меѓутоа, ако дополнителна резистивност се смета за полезна за специфични применби, може да се вклучи поврзувајќи ја резисторот преку делот за сплитување на дугата. Оваа додадена резистивност пружа дополнителен слој на контрола над преходната напон, подобрувајќи перформансите на прекинувачот под одредени услови.

Недостатоци на зрачните прекинувачи

Еден од главните ограничувања на зрачните прекинувачи е строгата потреба за непрекината достава на компресиран воздух при точно притисок. За да се осигура оваа доступност, често се потребни големи инсталации, обично со две или повеќе компресори. Одржуването на овој комплексен компресорски завод не е мали задача; тоа бара редовно одржување за да се држи компресорите да работат ефикасно и да се решат било кои механички проблеми што можат да се појават.

Поради тоа, течењето на воздух од цевки и прикачи се постојан проблем. Дури и малите течења можат постепено да исцедат притискот на воздухот, компромитирајќи перформансите на прекинувачот. Определувањето и поправувањето на овие течења може да биде време-потребно и трудозатребно. Овие предизвици во одржувањето, заедно со потребата за софистициран систем за достава на воздух, допринашуваат до поголеми оперативни трошоци.

Споредено со маслените или други видови на воздушни прекинувачи, зрачните прекинувачи се особено скапи за применби на ниски напон. Широката инфраструктура потребна за генерирање на компресиран воздух и поврзаните трошоци за одржување ги прават помалку економски ефикасни во ситуации каде се вклучени ниски напони, што ги ограничува нивната широко применлива во такви контексти.