Zračni prekidaci: Funkcija, prednosti i vrste

Zračni prekidac koristi stisnut zrak ili gas kao sredstvo za prekid luka. Stisnuti zrak se čuva u rezervoaru i, kada je potrebno, ispušta kroz cević kako bi se generirao jet visoke brzine. Ovaj jet igra ključnu ulogu u ugasevanju luke koja nastaje kada prekidac prekida električni tok.

Zračni prekidaci se često koriste za unutrašnje primene u opsegu srednjih i visokih naponova sa srednjim kapacitetima prekida. Obično su pogodni za napone do 15 kV i kapacitet prekida od 2500 MVA. Takođe, sada se koriste u visokonaponskim vanjskim razdobljima za linije od 220 kV.

Iako različiti plinovi poput ugljičnog dioksida, azota, freona ili vodonika mogu potencijalno poslužiti kao sredstva za prekid luke, stisnuti zrak se pokazao kao omiljen izbor za zračne prekidace. Postoji nekoliko uvjerljivih razloga za to:

• Azot: Njegove mogućnosti prekida kruga su slične onima stisnutog zraka, ne pružaju značajnu prednost u pogledu performansi.

• Ugljični dioksid: Jedan od njegovih glavnih nedostataka je teškoća kontrolisanja njegovog toka. Imaju tendenciju da zamrznu na ventili i drugim uskim prohodima, što može narušiti pravilan rad prekidaca.

• Freon: Iako ima visoku dielektričku čvrstoću i odlične osobine za ugasevanje luke, dolazi sa visokom cijenom. Takođe, kada je izložen luki, raspadne se na elemente koji formiraju kiseline, što predstavlja rizik za opremu i okruženje.

Zračni prekidaci nude nekoliko željenih karakteristika:

• Brzi rad: U velikim povezanim električnim mrežama, održavanje stabilnosti sistema je izuzetno važno. Zračni prekidaci se ističu po tome što postoji izuzetno kratko vrijeme između ispuštanja impulsne energije i razdvajanja kontakata. Ova brza reakcija pomaže u smanjenju uticaja grešaka na ukupnu električnu mrežu.

• Pogodnost za čest rad: Za razliku od prekidaca koji koriste ulje, koje se brzo ugljičava i degradira uz ponavljajuće prebacivanje, zračni prekidaci mogu podneti česti rad. Nedostatak ulja takođe znači minimalnu abraziju površina nosilaca struje. Međutim, bitno je osigurati kontinuiranu i dovoljnu dobavu stisnutog zraka kada se očekuje često prebacivanje.

• Nedostatak održavanja: Mogućnost lakog rukovanja ponavljajućim prebacivanjem dovodi do smanjenih potreba za održavanjem. To ne samo što štedi troškove održavanja, već i poboljšava pouzdanost i dostupnost prekidaca.

• Eliminacija rizika od požara: Budući da zračni prekidaci ne sadrže ulje, rizik od požara povezan s ulje-napunjenim prekidacima potpuno se eliminira, čime postaju sigurniji izbor za električne instalacije.

• Smanjeni obim: Brz rast dielektričke čvrstoće u zračnim prekidacima dozvoljava puno manju konačnu razmaknuću potrebnu za ugasevanje luke. Ovaj kompaktni dizajn rezultira uređajima manjeg obima, koji se lako mogu integrirati u električne sisteme i zauzimaju manje prostora.

Princip ugasevanja luke

Zračni prekidac polazi na dodatnom sistemu stisnutog zraka koji dovodi zrak u rezervoar. Kada prekidac treba da se otvori, stisnuti zrak upućuje se u komoru za ugasevanje luke. Ovaj zrak visokog tlaka djeluje silom na pokretne kontakte, što dovodi do njihovog razdvajanja. Dok se kontakti razdvajaju, zračni jet odnosi ionizovani plin nastao od luke, efektivno je ugasevajući.

Lučica se obično ugaseva unutar jednog ili više ciklusa. Nakon ugasevanja luke, komora za lučicu se ispuni zrakom visokog tlaka, što pomaže u sprečavanju novog zapaljenja. Zračni prekidaci spadaju u kategoriju tipa eksternih energija za ugasevanje. Energija korišćena za ugasevanje luke dolazi od zraka visokog tlaka, nezavisno od prekidanog toka.

Vrste zračnih prekidaca

Svi zračni prekidaci funkcioniraju na principu razdvajanja svojih kontakata u zračnom toku koji stvara otvaranjem ventilatora. Lučica koja nastaje brzo se centriranje kroz cević, gde se održava na fiksnoj dužini i podvrgnuta je maksimalnoj sili zračnog toka. Na osnovu smjera stisnutog zračnog jeta oko kontakata, zračni prekidaci mogu biti klasificirani u tri vrste:

• Axialni zračni prekidac: U ovom tipu, zračni tok je paralelan sa lukom, teče longitudinalno duž njegove dužine. Axialni zračni prekidaci mogu biti dalje kategorizirani kao jednoblastni ili dvoblastni. Neki dvoblastni rasporedi, gde zračni jet teče radijalno u cević ili prostor između kontakata, ponekad se nazivaju radijalni zračni prekidaci, unatoč primarnom konceptu axialnog toka.

Osnovna struktura i funkcija zračnog prekidaca prikazana su na dijagramu iznad. Pod normalnim radnim uslovima, fiksni i pokretni kontakti ostaju u zatvorenom stanju, držani snagom koju izvode opruge. Rezervoar za zrak je povezan s komorom za lučicu putem zračnog ventilatora. Ovaj ventilator aktivira se trostruki impulsni mehanizam, koji pokreće njegovo otvaranje kada nastane greška ili potreba za prekidom toka.

Kada se dogodi greška u električnom sistemu, impulsi za prekid služe kao katalizator za akciju. Ovaj impuls aktivira zračni ventilator koji povezuje rezervoar za zrak s komorom za lučicu, čime ga otvara. Dok visokotlačni zrak iz rezervoara ubrzano teče u komoru za lučicu, djeluje značajnom silom na pokretni kontakt. Kada tlač zraka prevaziđe otpor snage opruge koja normalno drži kontakte zatvorene, pokretni kontakti počinju da se razdvajaju, započevši proces prekida električnog toka i ugasevanja luke.

Kada se kontakte razdvoje zbog pritiska visokobrzinskog zraka, lučica nastaje između njih. Zrak, koji teče visokom brzinom axijalno duž dužine luke, efektivno uklanja toplinu s periferije luke. Dok se struja približava nuli, ovo kontinuirano uklanjanje topline dovodi do značajnog skraćivanja promjera luke. U trenutku kada struja dostigne nulu, luk je uspešno prekinut. Nakon toga, svježi zrak, koji teče kroz cević, ispunjava prostor između kontakata. Ovaj tok svježeg zraka čisti toplog, ionizovanih plinova koji su prisutni u prostoru između kontakata, brzo vraćajući dielektričnu čvrstoću između kontakata i sprečavajući bilo kakvu potencijalnu reaktivaciju luke.

Transverzalni zračni prekidac

U transverzalnom zračnom prekidacu, mehanizam za ugasevanje luke funkcionira drugačije. Ovdje, zračni jet je usmjeren okomito na samu luk. Slika ispod daje shematski prikaz principa transverzalnog jeta korištenog u ovom tipu prekidaca. Kada se pokretni kontakt arm aktivira u ograničenom prostoru, nastaje luk. Odmah, transverzalni jet zraka gurne ovu luk prema splitter pločama. Splitter ploče fragmentiraju luk na manje segmente, rasipajući njegovu energiju. Ovaj proces efektivno slabi luk do te mere da, nakon što struja prođe kroz nulu, nemari energiju da se restrikes, osiguravajući uspešno prekidanje električnog kruga.

Prekidanje otpornosti i nedostaci zračnih prekidaca

Prekidanje otpornosti

Obično, prekidanje otpornosti nije apsolutna nužnost u zračnim prekidacima. Kada se luk ugase, on intrinsko stvara neku otpornost, što pomaže u reguliranju privremene restriktne naponske vrednosti. Međutim, ako je dodatna otpornost smatrana korisnom za specifične primene, može se uključiti vezanjem otpornika preko sekcije za razbijanje luke. Ova dodatna otpornost pruža dodatni sloj kontrole nad privremenim naponskim prelazima, poboljšavajući performanse prekidaca u određenim uslovima.

Nedostaci zračnih prekidaca

Jedan od glavnih ograničenja zračnih prekidaca je strogi zahtjev za kontinuiranom dobavom stisnutog zraka na preciznom tlaku. Da bi se osigurala ova dostupnost, često su potrebne velike instalacije, obično sa dva ili više kompresora. Održavanje ove kompleksne kompresorske postrojbe nije malo posla; zahtijeva redovno održavanje kako bi se kompresori održavali u optimalnom stanju i rešavale bilo kakve mehaničke probleme koji se javljaju.

Takođe, propadanje zraka na spojevima cevi je stalni problem. Čak i male propusti može postepeno iscrpiti tlak zraka, kompromitirajući performanse prekidaca. Detektovanje i ispravljanje ovih propusta može biti vremenski i trudno intenzivno. Ovi održavanski izazovi, zajedno sa potrebom za sofisticiranom sistemom za dobavu zraka, doprinose većim operativnim troškovima.

U usporedbi sa ulje-napunjenim ili drugim tipovima zračnih prekidaca, zračni prekidaci su posebno skupi za primene niskog napon