Abertura de circuitos elétricos

Abrir circuitos elétricos geralmente significa processo de transição, em que a corrente do circuito muda de um determinado valor para zero. Na última etapa de abertura do circuito, surge um vão entre os contatos do dispositivo de desconexão, que, além da condutividade zero, também deve ter uma rigidez dielétrica suficientemente alta para suportar a ação da tensão do circuito restaurada a ele.

Características físicas da descarga do arco

Arco eletrico pode ocorrer quando a folga entre os contatos (eletrodos) se rompe ou quando eles se abrem. Quando os contatos se abrem, o arco entre eles é facilitado pela formação de "pontos" brilhantes na superfície de contato, que são consequência de densidades de corrente significativas em pequenas áreas de "separação". Isso faz com que um arco se forme quando os contatos são rompidos, mesmo com uma tensão bastante baixa (da ordem de várias dezenas de volts).

É geralmente aceito que as condições mínimas para a ocorrência de pelo menos arcos instáveis ​​nos contatos são corrente de cerca de 0,5 A e tensão 15 - 20 V.

A abertura dos contatos em valores menores de tensão e corrente costuma ser acompanhada apenas de pequenas faíscas. Em tensões de circuito aberto mais altas, mas em correntes mais baixas, é possível a formação entre os contatos abertos discarga brilhante.

A presença de uma descarga incandescente é caracterizada por uma queda significativa na tensão do cátodo (até 300 V). Se uma descarga incandescente se transformar em uma descarga de arco, por exemplo, à medida que a corrente no circuito aumenta, a queda de tensão do cátodo diminui para 10 - 20 V.

As características da descarga do arco em alta pressão de um meio gasoso são:

• alta densidade de corrente na coluna do arco;

• alta temperatura do gás dentro do canal do arco, chegando a 5000 K, e em condições de intensa deionização, 12000 — 15000 K e superior;

• alta densidade de corrente e baixa queda de tensão nos eletrodos.

Normalmente, o objetivo é garantir que o processo de abertura do circuito ocorra o mais rápido possível. Para isso, são utilizados dispositivos de comutação especiais (interruptores, disjuntores, contatores, fusíveis, disjuntores de carga, etc.).

Fenômenos de arco são observados não apenas em disjuntores. Um arco elétrico pode ocorrer quando os contatos são abertos. seccionadores de alta tensão, quando o isolamento das linhas se sobrepõe, quando os elementos de proteção dos fusíveis estão queimados, etc.

A complexidade dos dispositivos desses dispositivos depende dos requisitos impostos a eles em termos de níveis de tensão operacional, correntes nominais e correntes de curto-circuito, níveis de sobretensões que ocorrem, condições atmosféricas, classificações de velocidade, etc.

Características de abertura de circuitos elétricos através de seccionadores

A questão de extinguir longos arcos abertos de corrente alternada é mais frequentemente encontrada ao trabalhar com seccionadores simples, como dispositivos de disparo. Esses seccionadores não possuem dispositivos especiais de supressão de arco e, quando os contatos se abrem, eles apenas estendem o arco para o ar.

Para melhorar as condições de alongamento do arco, os seccionadores são equipados com buzina ou eletrodos de haste adicionais, ao longo dos quais o arco é levantado e esticado em um grande comprimento.

Existem muitos vídeos carregados na Internet que mostram o processo de arco quando os contatos dos seccionadores se abrem em carga (estes podem ser facilmente encontrados pesquisando por «seccionador de arco»).

Arco aberto em seccionadores ou entre condutores e terra em linhas de energia é fortemente encorajado pelo vento. Na presença de vento, o arco pode ser mais curto e, portanto, eliminado mais rapidamente do que na ausência de vento. No entanto, um fator como o vento não deve ser levado em consideração devido à sua inconsistência, mas com base em condições mais severas - o completo ausência de vento.

Com a ajuda de seccionadores, é impossível desligar uma grande corrente, pois o arco ao mesmo tempo atinge um comprimento considerável, formando muita chama, derretendo fortemente os contatos do dispositivo de desconexão. Um poderoso arco aberto danifica facilmente os isoladores com os quais entra em contato, causa uma sobreposição entre as fases, o que leva a um curto-circuito na rede.

Os seccionadores convencionais são amplamente utilizados para desconectar correntes de circuito aberto de pequenos transformadores, correntes de linha de carga capacitiva, correntes de baixa carga, etc.

Maneiras de abrir circuitos elétricos

Em princípio, os seguintes métodos são possíveis para abrir circuitos elétricos com corrente contínua e corrente alternada.

1. Arco simples de circuitos elétricos

Este grupo inclui métodos de abertura de circuitos elétricos com corrente contínua e alternada, nos quais não são tomadas medidas adicionais especiais para limitar a corrente no circuito antes de abrir os contatos ou medidas especiais para reduzir a energia do arco na abertura do arco do disjuntor.

Neste método de abertura, as condições de interrupção do circuito são fornecidas por no máximo câmara de extinção de arco do dispositivo de desconexão criando a rigidez dielétrica necessária da lacuna quando a corrente cruza zero (corrente alternada) ou atinge um valor suficiente da tensão do arco (corrente contínua).

Durante o arco, os contatos do aparelho podem abrir em qualquer fase da corrente que circula no circuito, portanto os contatos e elementos do chute de arco devem ser projetados para o impacto de um arco de potência e energia relativamente alta.

Câmaras de extinção de arco para dispositivos elétricos

Calha do Arco do Disjuntor

2. Abertura de arco limitada de circuitos elétricos

Tais métodos de exclusão incluem aqueles em que um ativo relativamente grande ou reatividade, pelo que a corrente no circuito diminui de forma bastante significativa em relação ao seu valor que existia antes do início da limitação. O interruptor desliga a corrente limitada que permanece no circuito.

Neste caso, ocorre um arco com limitação de energia nos contatos, e extinguir o arco na corrente restante é uma tarefa mais simples do que se a corrente não fosse limitada.

Convencionalmente, incluímos esses métodos de desconexão no mesmo grupo, nos quais a fase de interrupção da corrente é estritamente fixada ou o tempo de queima do arco nos contatos é limitado por algumas medidas especiais, por exemplo, dispositivos de válvula, etc.

3. Abertura sem arco de circuitos elétricos

O processo de abertura de circuitos elétricos neste caso é caracterizado pelo fato de que a descarga do arco nos contatos principais ocorre completamente ou ocorre na forma de um arco instável de muito curto prazo devido à influência da indutância e indutância mútua dos circuitos . Este tipo de abertura do circuito geralmente é obtido por meio de válvulas de alta potência (diodos de silício ou tiristores) usadas como elementos de derivação dos contatos do disjuntor principal.

Características de extinção de arco ao abrir circuitos elétricos DC e AC

As condições de extinção de arco AC com deionização ativa do intervalo do dispositivo de comutação são fundamentalmente excluídas das condições de extinção de arcos DC e arcos AC abertos longos.

Em um arco permanente ou em um arco aberto longo alternado, a extinção ocorre principalmente porque quando o arco é esticado, a fonte de energia elétrica é incapaz de cobrir a queda de tensão na coluna do arco, resultando em uma condição instável e o arco é extinto.

Quando ocorre um arco em um circuito CA, quando a coluna do arco é ativamente deionizada ou se rompe em uma série de arcos curtos, o arco pode ser extinto mesmo quando a fonte ainda possui uma grande tensão de alimentação para manter a queima do arco, mas que resulta insuficiente para garantir sua ignição - em um cruzamento zero atual.

Sob condições de deionização ativa durante o cruzamento de zero atual, a condutividade da coluna do arco diminui tanto que, pelo menos por um curto período de tempo, uma tensão significativa deve ser aplicada a ela para iniciar o arco no próximo meio ciclo.

Se o circuito não for capaz de fornecer tensão suficiente e a taxa de seu aumento no intervalo, após a corrente passar de zero, a corrente é interrompida, ou seja, o arco não aparece no próximo meio ciclo e o circuito é finalmente desligado.

Então considere os mais comuns simplesmente abrindo circuitos de arco.

Se a tensão e a corrente da fonte do circuito excederem certos valores críticos, nos contatos do dispositivo de desconexão elétrica quando eles se abrem, ocorre uma descarga de arco estável… Se os contatos divergirem ainda mais ou o arco for soprado na câmara de extinção de arco do seccionador, condições instáveis ​​de queima de arco são criadas e o arco pode ser extinto.

À medida que a tensão e a corrente do circuito aumentam, a dificuldade em criar condições de arco instáveis ​​aumenta rapidamente. Em tensões que atingem milhares e dezenas de milhares de volts e correntes relativamente altas (milhares de amperes), ocorre um arco muito poderoso nos contatos do dispositivo de desconexão, para extingui-lo e, portanto, interromper o circuito, devem ser tomadas medidas para usar dispositivos de extinção de arco mais ou menos sofisticados ... Dificuldades particularmente significativas surgem ao desligar os circuitos CC.

Dificuldades consideráveis ​​também devem ser superadas durante uma rocha. correntes de curto circuito em circuitos CA por curtos períodos de tempo (centésimos e milésimos de segundo).

A quebra rápida do circuito e a remoção dos curtos-circuitos resultantes nas instalações elétricas são ditadas por várias circunstâncias e, antes de tudo, pela necessidade de manter a estabilidade da operação. Sistemas elétricos, proteção de fios e equipamentos dos efeitos térmicos de correntes de curto-circuito, proteção de contatos e câmaras de arco de dispositivos de desconexão da ação destrutiva de um arco poderoso.

A remoção rápida do arco de circuito aberto também é de grande importância e em dispositivos para circuitos de controle de baixa tensão, que geralmente são projetados para um número muito grande de processos de comutação. A redução da duração da queima do arco leva a uma redução na queima de contatos e outros elementos do aparelho e, portanto, a um aumento da vida útil.

No entanto, a eliminação muito rápida do arco pode resultar em surtos muito grandes no circuito porque o arco, quando o circuito está aberto, absorve a energia eletromagnética armazenada no circuito, que pode ser convertida em energia de surto eletrostático. Assim, a descarga do arco pode desempenhar um papel positivo em alguns casos. Isso deve ser contabilizado.

O problema de criar dispositivos de desconexão confiáveis ​​​​de alta e baixa tensão de alta velocidade, em primeiro lugar, baseia-se na solução correta do problema de extinção de arco neles.

A interrupção de circuitos elétricos de baixa e alta tensão com a formação de um poderoso arco nos contatos de dispositivos elétricos é um processo complexo, cujo estudo é dedicado a um grande número de estudos teóricos e experimentais e desenvolvimentos de design.

Há um grande número de métodos de extinção de arcos CA e CC que são usados ​​na prática, dependendo dos níveis de tensão de operação, magnitude das correntes, tempo de operação necessário dos dispositivos de desconexão, condições de segurança, etc.

Atualmente, o arco simples ainda é o principal caminho que a tecnologia de dispositivos de comutação CA e CC de alta e baixa tensão continua a seguir.

Veja também:Disjuntores a vácuo de alta tensão - Projeto e princípio de operação