Obertura de circuits elèctrics

Obrir circuits elèctrics sol significar procés de transició, en què el corrent del circuit canvia d'un determinat valor a zero. En l'última etapa d'obertura del circuit, apareix un buit entre els contactes del dispositiu de desconnexió que, a més de la conductivitat nul·la, també ha de tenir una rigidesa dielèctrica prou alta per suportar l'acció de la tensió del circuit que se li restitueix.

Característiques físiques de la descàrrega de l'arc

Arc elèctric pot ocórrer quan es trenca la bretxa entre els contactes (elèctrodes) o quan s'obren. Quan els contactes s'obren, l'arc entre ells es facilita per la formació de "taques" brillants a la superfície de contacte, que són conseqüència d'importants densitats de corrent en petites àrees de "separació". Això fa que es formi un arc quan es trenquen els contactes, fins i tot amb una tensió força baixa (de l'ordre de diverses desenes de volts).

Generalment s'accepta que les condicions mínimes per a l'ocurrència d'almenys arcs inestables als contactes són corrent aproximadament 0,5 A i tensió 15 - 20 V.

L'obertura dels contactes a valors més baixos de tensió i corrent sol anar acompanyada de petites espurnes. A tensions de circuit obert més altes, però a corrents més baixes, és possible la formació entre els contactes oberts descàrrega de resplendor.

La presència d'una descàrrega brillant es caracteritza per una caiguda important de la tensió del càtode (fins a 300 V). Si una descàrrega brillant es converteix en una descàrrega d'arc, per exemple, a mesura que augmenta el corrent al circuit, la caiguda de tensió del càtode disminueix a 10-20 V.

Les característiques de la descàrrega d'arc a alta pressió d'un medi gasós són:

• alta densitat de corrent a la columna d'arc;

• alta temperatura del gas a l'interior del canal d'arc, que arriba als 5000 K, i en condicions de desionització intensa, 12000 - 15000 K i més;

• alta densitat de corrent i baixa caiguda de tensió als elèctrodes.

Normalment, l'objectiu és assegurar-se que el procés d'obertura del circuit es desenvolupi el més ràpidament possible. Amb aquesta finalitat, s'utilitzen dispositius especials de commutació (interruptors, interruptors, contactors, fusibles, interruptors de càrrega, etc.).

Els fenòmens d'arc s'observen no només en els interruptors automàtics. Es pot produir un arc elèctric quan s'obren els contactes. seccionadors d'alta tensió, quan l'aïllament de les línies se solapa, quan els elements protectors dels fusibles estan cremats, etc.

La complexitat dels dispositius d'aquests dispositius depèn dels requisits que se'ls imposa en termes de nivells de tensió de funcionament, corrents nominals i corrents de curtcircuit, nivells de sobretensions que es produeixen, condicions atmosfèriques, velocitats, etc.

Característiques d'obertura de circuits elèctrics mitjançant seccionadors

La qüestió de l'extinció d'arcs oberts llargs de corrent altern es troba amb més freqüència quan es treballa amb seccionadors simples, com ara dispositius d'activació. Aquests seccionadors no tenen dispositius especials de supressió d'arc i, quan els contactes s'obren, només estenen l'arc a l'aire.

Per millorar les condicions d'estirament de l'arc, els desconnextors estan equipats amb banya o elèctrodes de vareta addicionals, al llarg dels quals s'aixeca l'arc i s'estira a una gran longitud.

Hi ha molts vídeos penjats a Internet que mostren el procés d'arc quan els contactes dels seccionadors s'obren en càrrega (es poden trobar fàcilment cercant «seccionador d'arc»).

El vent fomenta molt l'arc obert als seccionadors o entre conductors i terra a les línies elèctriques. En presència de vent, l'arc pot ser més curt i, per tant, s'elimina més ràpidament que en absència de vent, però, un factor com el vent no s'ha de tenir en compte a causa de la seva inconsistència, però en funció de condicions més severes: el absència de vent.

Amb l'ajuda de seccionadors, és impossible apagar un gran corrent, ja que l'arc al mateix temps arriba a una longitud considerable, formant molta flama, fonent fortament els contactes del dispositiu de desconnexió. Un arc obert potent danya fàcilment els aïllants amb els quals entra en contacte, provoca un solapament entre les fases, que provoca un curtcircuit a la xarxa.

Els seccionadors convencionals s'utilitzen àmpliament per desconnectar corrents de circuit obert de petits transformadors, corrents de línia de càrrega capacitiva, corrents de baixa càrrega, etc.

Maneres d'obrir circuits elèctrics

En principi, els mètodes següents són possibles per obrir circuits elèctrics amb corrent continu i corrent altern.

1. Arc simple de circuits elèctrics

Aquest grup inclou mètodes d'obertura de circuits elèctrics amb corrent continu i altern, en els quals no es prenen mesures addicionals especials per limitar el corrent al circuit abans d'obrir els contactes o mesures especials per reduir l'energia de l'arc a l'espai d'arc del circuit. trencador.

En aquest mètode d'obertura, les condicions de tall de circuit les proporcionen com a màxim cambra d'extinció d'arc del dispositiu de desconnexió creant la rigidesa dielèctrica necessària del buit quan el corrent creua zero (corrent altern) o assolint un valor suficient de la tensió d'arc (corrent continu).

Durant l'arc, els contactes de l'aparell poden obrir-se en qualsevol fase del corrent que circula pel circuit, per tant, els contactes i els elements de la rampa d'arc s'han de dissenyar per a l'impacte d'un arc de potència i energia relativament alta.

Cambres d'extinció d'arc per a aparells elèctrics

Chute d'arc del disjuntor

2. Obertura d'arc limitada dels circuits elèctrics

Aquests mètodes d'exclusió inclouen aquells en què un actiu o relativament gran reactivitat, a causa del qual el corrent al circuit disminueix de manera força significativa en comparació amb el seu valor que existia abans de l'inici de la limitació. L'interruptor apaga el corrent limitat que queda al circuit.

En aquest cas, es produeix un arc de potència limitada als contactes, i extingir l'arc sobre el corrent restant és una tasca més senzilla que si el corrent no estigués limitat.

Convencionalment, incloem aquests mètodes de desconnexió en el mateix grup, en què la fase d'interrupció del corrent està estrictament fixada o el temps de combustió de l'arc als contactes està limitat per algunes mesures especials, per exemple, dispositius de vàlvules, etc.

3. Obertura sense arc dels circuits elèctrics

El procés d'obertura de circuits elèctrics en aquest cas es caracteritza pel fet que la descàrrega d'arc als contactes principals es produeix completament o es produeix en forma d'arc inestable a molt curt termini a causa de la influència de la inductància i la inductància mútua dels circuits. . Aquest tipus d'obertura de circuit s'aconsegueix normalment mitjançant vàlvules d'alta potència (díodes de silici o tiristors) utilitzades com a elements de derivació dels contactes de l'interruptor principal.

Característiques d'extinció de l'arc en obrir circuits elèctrics de CC i CA

Les condicions d'extinció de l'arc de CA amb desionització activa de la bretxa del dispositiu de commutació estan fonamentalment excloses de les condicions d'extinció dels arcs de corrent continu i els arcs de CA oberts llargs.

En un arc permanent o en un arc altern llarg obert, l'extinció es produeix principalment perquè quan l'arc s'estira, la font d'energia elèctrica no pot cobrir la caiguda de tensió a la columna de l'arc, com a conseqüència de la qual cosa es produeix una condició inestable i la l'arc s'apaga.

Quan es produeix un arc en un circuit de CA, quan la columna d'arc es desionitza activament o es trenca en una sèrie d'arcs curts, l'arc es pot extingir fins i tot quan la font encara té una gran tensió d'alimentació per mantenir la combustió de l'arc, però que resulta ser insuficient per assegurar-ne l'encesa, en un pas actual per zero.

En condicions de desionització activa durant el pas actual per zero, la conductivitat de la columna de l'arc disminueix tant que, almenys durant un curt període de temps, cal aplicar-hi una tensió important per iniciar l'arc en el següent mig cicle.

Si el circuit no és capaç de proporcionar la tensió suficient i la velocitat del seu augment en el buit, després que el corrent passa a zero, el corrent s'interromp, és a dir, l'arc no apareix en el següent mig cicle i el circuit finalment es troba. Apagat.

A continuació, considereu els més comuns simplement obrir circuits d'arc.

Si la tensió i el corrent de la font del circuit superen certs valors crítics, als contactes del dispositiu de desconnexió elèctrica quan s'obren, es produeix una descàrrega d'arc estable… Si els contactes divergeixen encara més o l'arc s'infla a la cambra d'extinció de l'arc del seccionador, es creen condicions de combustió de l'arc inestables i l'arc es pot extingir.

A mesura que augmenten la tensió i el corrent del circuit, la dificultat per crear condicions d'arc inestables augmenta ràpidament. A tensions que arriben a milers i desenes de milers de volts i corrents relativament elevats (milers d'amperes), es produeix un arc molt potent en els contactes del dispositiu de desconnexió, per tal d'apagar-lo i, per tant, trencar el circuit, s'han de prendre mesures per utilitzar dispositius d'extinció d'arc més o menys sofisticats... Dificultats especialment significatives sorgeixen en apagar els circuits de corrent continu.

També s'han de superar dificultats considerables durant una roca. corrents de curtcircuit en circuits de CA durant períodes curts de temps (centèsimes i mil·lèsimes de segon).

La ruptura ràpida del circuit i l'eliminació dels curtcircuits resultants a les instal·lacions elèctriques estan dictades per una sèrie de circumstàncies i, en primer lloc, per la necessitat de mantenir l'estabilitat de funcionament. sistemes elèctrics, protecció de cables i equips dels efectes tèrmics dels corrents de curtcircuit, protecció de contactes i cambres d'arc dels dispositius de desconnexió de l'acció destructiva d'un arc potent.

L'eliminació ràpida de l'arc de circuit obert també és de gran importància i en dispositius per a circuits de control de baixa tensió, que solen estar dissenyats per a un nombre molt gran de processos de commutació. La reducció de la durada de la crema de l'arc comporta una reducció de la crema de contactes i altres elements de l'aparell i, per tant, un augment de la vida útil.

No obstant això, una eliminació molt ràpida de l'arc pot donar lloc a sobretensions molt grans en el circuit perquè l'arc, quan el circuit està obert, absorbeix l'energia electromagnètica emmagatzemada al circuit, que es pot convertir en energia de sobretensió electrostàtica. Per tant, la descàrrega d'arc pot tenir un paper positiu en alguns casos. Això s'hauria de tenir en compte.

El problema de crear dispositius fiables de desconnexió d'alta i baixa tensió d'alta velocitat, en primer lloc, es basa en la solució correcta del problema de l'extinció de l'arc en ells.

La interrupció de circuits elèctrics de baixa i alta tensió amb la formació d'un arc potent en els contactes dels dispositius elèctrics és un procés complex, l'estudi del qual es dedica a un gran nombre d'estudis teòrics i experimentals i desenvolupaments de disseny.

Hi ha un gran nombre de mètodes d'extinció d'arcs de CA i CC que s'utilitzen a la pràctica en funció dels nivells de tensió de funcionament, la magnitud dels corrents, el temps de funcionament requerit dels dispositius de desconnexió, les condicions de seguretat, etc.

Actualment, l'arc simple segueix sent el camí principal que segueix prenent la tecnologia dels dispositius de commutació d'alta i baixa tensió AC i DC.

Vegeu també:Disjuntors de buit d'alta tensió — Disseny i principi de funcionament