Breaker ng Circuit na May Pagsabog ng Hangin: Paggamit, mga Advantages, at Mga Uri

Ang isang breaker ng circuit na may pagsabog ng hangin ay gumagamit ng compressed air o gas bilang medium para sa pagputol ng arc. Ang compressed air ay itinatago sa isang tangke at kapag kailangan, inilalabas ito sa pamamagitan ng isang nozzle upang lumikha ng high-velocity jet. Ang jet na ito ay naglalaro ng mahalagang papel sa pagpapatigil ng arc na nabubuo kapag ang circuit breaker ay nagpuputol ng electrical current.

Ang mga breaker ng circuit na may pagsabog ng hangin ay karaniwang ginagamit 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 ng 2500 MVA. Bukod dito, 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 pinakapaborito para sa mga gas blast circuit breakers. May ilang compelling reasons para dito:

• Nitrogen: Ang kanyang capabilities sa pag-putol ng circuit ay katulad ng compressed air, walang significant advantage sa performance.

• Carbon Dioxide: Isa sa mga pangunahing drawbacks nito ay ang difficulty sa pag-control ng kanyang flow. May tendensya itong mag-freeze sa mga valves at iba pang narrow passages, na maaaring makasira sa proper functioning ng circuit breaker.

• Freon: Bagama't ito ay may mataas na dielectric strength at excellent arc-extinguishing properties, ito ay may mahal na presyo. Bukod dito, kapag exposed sa isang arc, ito ay disintegrates into acid-forming elements, na nagbibigay ng risks sa equipment at sa paligid na environment.

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

• High-Speed Operation: Sa malalaking interconnected electrical networks, mahalaga ang maintenance ng system stability. Ang mga air blast circuit breakers ay nakakamit ito dahil sa napakaliit na oras sa pagitan ng discharge ng triggering impulse at ang separation ng contacts. Ang mabilis na response na ito ay tumutulong na minimize ang impact ng mga fault sa overall electrical grid.

• Suitability for Frequent Operation: Kumpara sa mga circuit breakers na gumagamit ng oil, na maaaring mabilis na carbonize at degrade sa repeated switching, ang mga air blast circuit breakers ay maaaring tiyakin ang frequent operation. Ang absence ng oil ay nangangahulugan na minimal ang wear and tear sa current-carrying contact surfaces. Ngunit, mahalaga na tiyakin ang continuous at sapat na supply ng compressed air kapag inaasahan ang frequent switching.

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

• Elimination of Fire Hazard: Dahil ang mga air blast circuit breakers ay walang oil, ang risk ng fire na associated sa oil-filled circuit breakers ay completely eliminated, nagbibigay ng mas ligtas na opsyon para sa electrical installations.

• Reduced Size: Ang mabilis na paglaki ng dielectric strength sa mga air blast circuit breakers ay nagpapahintulot ng mas maliit na final gap na kinakailangan para sa arc extinction. Ang compact design na ito ay nagresulta sa mas maliit na devices, na mas madaling ma-integrate sa mga electrical systems at okupado ang mas kaunti na espasyo.

Principle ng Arc Extinction

Ang isang air blast circuit breaker ay umaasa sa additional compressed air system upang mag-supply ng air sa air receiver. Kapag kailangan ng circuit breaker na buksan, ang compressed air ay idine-direkta sa arc extinction chamber. Ang high-pressure air na ito ay nagpapahirap ng force sa moving contacts, nagdudulot ng kanilang separation. Habang ang contacts ay naghihiwalay, ang air blast ay nagsweep ng ionized gas na nabuo ng arc, effectively extinguishing it.

Ang arc ay karaniwang nasusunog sa loob ng isang o higit pang cycles. Pagkatapos ng arc extinction, ang arc chamber ay puno ng high-pressure air, na tumutulong na i-prevent ang restrikes. Ang mga air blast circuit breakers 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.

Mga Uri ng Air Blast Circuit Breakers

Lahat ng air blast circuit breakers ay gumagana batay sa principle ng paghihiwalay ng kanilang contacts sa isang arc-forming airflow na nabuo sa pamamagitan ng pagbubukas ng blast valve. Ang arc na nabubuo ay mabilis na centered sa pamamagitan ng isang nozzle, kung saan ito ay naka-maintain sa fixed length at subjected sa maximum force ng air flow. Batay sa direksyon ng compressed air blast sa paligid ng contacts, ang mga air blast circuit breakers 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 flowing radially sa nozzle o ang space sa pagitan ng contacts, ay minsan tinatawag na radial blast circuit breakers, bagaman ang primary axial-flow design concept.

Ang fundamental structure at operation ng isang air blast circuit breaker ay ipinapakita sa diagram sa itaas. Sa normal operating conditions, ang fixed at moving contacts ay nananatiling sarado, pinipigilan ng force na binibigay ng springs. Ang isang air reservoir tank ay linked sa arc chamber sa pamamagitan ng isang air valve. Ang valve na ito ay activated ng isang triple impulse mechanism, na nag-trigger ng kanyang pagbubukas kapag may fault o kailangan ng pag-putol ng current.

Kapag may fault sa electrical system, ang tripping impulse ay nagserbi bilang catalyst para sa action. Ang impulse na ito ay nag-activate ng air valve na nag-uugnay sa air reservoir sa arcing chamber, nagdudulot ng kanyang pagbubukas. Habang ang high-pressure air mula sa reservoir ay rush sa arc chamber, ito ay nagpapahirap ng significant force sa moving contacts. Kapag ang air pressure ay lumampas sa resistance na binibigay ng spring force na normal na nagpapahintulot ng contacts na sarado, ang moving contacts ay nagsisimula na maghiwalay, nagsisimula ng proseso ng pag-putol ng electrical current at pagpapatigil ng arc.

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

Cross Blast Air Circuit Breaker

Sa cross blast air circuit breaker, ang arc-extinguishing mechanism ay gumagana nang naiiba. Dito, ang arc blast ay directed perpendicular sa arc mismo. 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 actuated sa isang confined space, ang arc ay nabubuo. Agad, ang transverse blast ng air ay propels ang arc patungo sa splitter plates. Ang splitter plates ay fragment ang arc sa mas maliit na segments, dissipating ang kanyang energy. Ang prosesong ito ay effectively weakens ang arc sa punto na, pagkatapos ng current ay lumipas sa zero, ito ay walang energy para restrike, ensuring ang successful interruption ng electrical circuit.

Resistance Switching at Mga Limitasyon ng Air Blast Circuit Breakers

Resistance Switching

Karaniwan, ang resistance switching ay hindi absolute necessity sa air blast circuit breakers. Kapag ang arc ay quenched, ito inherently creates some resistance, na tumutulong sa regulation ng transient restriking voltage. Ngunit, kung additional resistance ay inaasahan na 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 Limitasyon ng Air Blast Circuit Breakers

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

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

Kapag ikumpara sa oil o iba pang types ng air-break circuit breakers, ang air blast circuit breakers ay partikular na mahal para sa low-voltage applications. Ang extensive infrastructure na kailangan para sa compressed air generation at ang associated maintenance expenses ay nagpapahiwatig na less cost-effective sila sa scenarios na may lower voltages, limiting ang kanilang widespread use sa ganitong konteksto.