Apertura de circuitos eléctricos.

Abrir circuitos eléctricos generalmente significa proceso de transición, en el que la corriente del circuito cambia de un cierto valor a cero. En la última etapa de apertura del circuito, aparece un espacio entre los contactos del dispositivo de desconexión que, además de una conductividad cero, también debe tener una rigidez dieléctrica suficientemente alta para resistir la acción del voltaje del circuito que se le devuelve.

Características físicas de la descarga de arco

Arco eléctrico puede ocurrir cuando se rompe el espacio entre los contactos (electrodos) o cuando se abren. Cuando los contactos se abren, la formación de arcos entre ellos se ve facilitada por la formación de "puntos" brillantes en la superficie de contacto, que son consecuencia de densidades de corriente significativas sobre pequeñas áreas de "separación". Esto hace que se forme un arco cuando se rompen los contactos, incluso a un voltaje bastante bajo (del orden de varias decenas de voltios).

En general, se acepta que las condiciones mínimas para que se produzca al menos un arco inestable en los contactos son corriente alrededor de 0,5 A y voltaje 15 - 20 V.

La apertura de los contactos a valores más bajos de voltaje y corriente suele ir acompañada solo de pequeñas chispas. A voltajes de circuito abierto más altos, pero a corrientes más bajas, es posible la formación entre los contactos abiertos descarga luminiscente.

La presencia de una descarga luminiscente se caracteriza por una caída significativa en el voltaje del cátodo (hasta 300 V). Si una descarga luminiscente se convierte en una descarga de arco, por ejemplo, a medida que aumenta la corriente en el circuito, la caída de voltaje del cátodo disminuye a 10 - 20 V.

Los rasgos característicos de la descarga de arco a alta presión de un medio gaseoso son:

• alta densidad de corriente en la columna de arco;

• alta temperatura del gas dentro del canal del arco, alcanzando 5000 K, y en condiciones de intensa desionización, 12000 — 15000 K y más;

• alta densidad de corriente y baja caída de voltaje en los electrodos.

Por lo general, el objetivo es garantizar que el proceso de apertura del circuito se lleve a cabo lo más rápido posible. Para ello, se utilizan dispositivos de conmutación especiales (interruptores, disyuntores, contactores, fusibles, disyuntores de carga, etc.).

Los fenómenos de arco se observan no solo en los interruptores automáticos. Puede producirse un arco eléctrico cuando se abren los contactos. seccionadores de alta tensión, cuando se solapan los aislamientos de las líneas, cuando se queman los elementos de protección de los fusibles, etc.

La complejidad de los dispositivos de estos dispositivos depende de los requisitos que se les imponen en cuanto a niveles de tensión de funcionamiento, corrientes nominales y de cortocircuito, niveles de sobretensiones que se producen, condiciones atmosféricas, índices de velocidad, etc.

Características de la apertura de circuitos eléctricos a través de seccionadores.

La cuestión de la extinción de arcos abiertos largos de corriente alterna se encuentra con mayor frecuencia cuando se trabaja con seccionadores simples, como dispositivos de disparo. Dichos seccionadores no tienen dispositivos especiales de supresión de arco, y cuando los contactos se abren, solo extienden el arco en el aire.

Para mejorar las condiciones para el estiramiento del arco, los seccionadores están equipados con electrodos de bocina o de varilla adicionales, a lo largo de los cuales el arco se levanta y se estira a una gran longitud.

Hay muchos videos subidos a Internet que muestran el proceso de formación de arco cuando los contactos de los seccionadores se abren durante la carga (estos se pueden encontrar fácilmente buscando «desconectador de arco»).

El viento fomenta fuertemente la formación de arcos abiertos en los seccionadores o entre los conductores y tierra en las líneas eléctricas. En presencia de viento, el arco puede ser más corto y, por lo tanto, eliminarse más rápidamente que en ausencia de viento. Sin embargo, un factor como el viento no debe tenerse en cuenta debido a su inconsistencia, sino en base a condiciones más severas: la totalidad ausencia de viento.

Con la ayuda de los seccionadores, es imposible desconectar una gran corriente, ya que el arco al mismo tiempo alcanza una longitud considerable, formando una gran cantidad de llamas, derritiendo fuertemente los contactos del dispositivo de desconexión. Un potente arco abierto daña fácilmente los aisladores con los que entra en contacto, provoca un solapamiento entre las fases, lo que provoca un cortocircuito en la red.

Los seccionadores convencionales son ampliamente utilizados para desconectar corrientes de circuito abierto de pequeños transformadores, corrientes de línea de carga capacitiva, corrientes de baja carga, etc.

Formas de abrir circuitos eléctricos.

En principio, los siguientes métodos son posibles para abrir circuitos eléctricos con corriente continua y corriente alterna.

1. Arco simple de circuitos eléctricos

Este grupo incluye tales métodos de apertura de circuitos eléctricos con corriente continua y alterna, en los que no se toman medidas adicionales especiales para limitar la corriente en el circuito antes de abrir los contactos o medidas especiales para reducir la energía del arco en el espacio de arco del interruptor automático.

En este método de apertura, las condiciones de interrupción del circuito se proporcionan como máximo cámara de extinción de arco del dispositivo de desconexión creando la rigidez dieléctrica requerida del espacio cuando la corriente cruza cero (corriente alterna) o alcanzando un valor suficiente del voltaje del arco (corriente continua).

Durante el arco, los contactos del aparato pueden abrirse en cualquier fase de la corriente que circula por el circuito, por lo que los contactos y elementos de la cámara de arco deben estar diseñados para el impacto de un arco de potencia y energía relativamente alta.

Cámaras de extinción de arco para dispositivos eléctricos

Chute de arco del disyuntor

2. Apertura de arco limitada de circuitos eléctricos

Dichos métodos de exclusión incluyen aquellos en los que un activo o reactividad, por lo que la corriente en el circuito disminuye significativamente en comparación con su valor que existía antes del inicio de la limitación. El interruptor apaga la corriente limitada que permanece en el circuito.

En este caso, se produce un arco de potencia limitada en los contactos, y extinguir el arco con la corriente restante es una tarea más sencilla que si la corriente no estuviera limitada.

Convencionalmente, incluimos tales métodos de desconexión en el mismo grupo, en los que la fase de interrupción de la corriente está estrictamente fijada o el tiempo de combustión del arco en los contactos está limitado por algunas medidas especiales, por ejemplo, dispositivos de válvulas, etc.

3. Apertura sin arco de circuitos eléctricos

El proceso de apertura de circuitos eléctricos en este caso se caracteriza por el hecho de que la descarga del arco en los contactos principales se produce por completo o se produce en forma de un arco inestable a muy corto plazo debido a la influencia de la inductancia y la inductancia mutua de los circuitos. . Este tipo de apertura del circuito se suele conseguir mediante válvulas de alta potencia (diodos de silicio o tiristores) utilizadas como elementos de derivación de los contactos del interruptor principal.

Características de extinción de arco al abrir circuitos eléctricos de CC y CA

Las condiciones de extinción del arco de CA con desionización activa del espacio del dispositivo de conmutación están básicamente excluidas de las condiciones de extinción de los arcos de CC y los arcos de CA abiertos durante mucho tiempo.

En un arco permanente o en un arco alterno largo abierto, la extinción ocurre principalmente porque cuando el arco se estira, la fuente de energía eléctrica es incapaz de cubrir la caída de tensión en la columna del arco, por lo que se produce una condición inestable y la el arco se extingue.

Cuando se produce un arco en un circuito de CA, cuando la columna de arco se desioniza activamente o se rompe en una serie de arcos cortos, el arco se puede extinguir incluso cuando la fuente todavía tiene un voltaje de suministro grande para mantener el arco encendido, pero resulta que ser insuficiente para asegurar su ignición, en un cruce por cero actual.

En condiciones de desionización activa durante el cruce por cero de la corriente, la conductividad de la columna del arco disminuye tanto que, al menos por un corto tiempo, se le debe aplicar un voltaje significativo para iniciar el arco en el siguiente medio ciclo.

Si el circuito no puede proporcionar suficiente voltaje y la tasa de su aumento en la brecha, después de que la corriente pasa por cero, la corriente se interrumpe, es decir, el arco no aparece en el próximo medio ciclo y el circuito finalmente es apagado.

Luego considere los más comunes. simplemente abriendo circuitos de arco.

Si el voltaje y la corriente de la fuente del circuito exceden ciertos valores críticos, entonces en los contactos del dispositivo de desconexión eléctrica cuando se abren, se produce una descarga de arco estable… Si los contactos divergen aún más o el arco se introduce en la cámara de extinción de arco del seccionador, se crean condiciones inestables de combustión del arco y el arco se puede extinguir.

A medida que aumentan la tensión y la corriente del circuito, aumenta rápidamente la dificultad de crear condiciones de arco inestables. A tensiones que alcanzan los miles y decenas de miles de voltios y corrientes relativamente altas (miles de amperios), se produce un arco muy potente en los contactos del dispositivo de desconexión, para poder extinguirlo y por tanto romper el circuito, se deben tomar medidas para utilizar dispositivos de extinción de arco más o menos sofisticados ... Surgen dificultades particularmente significativas cuando se apagan los circuitos de CC.

También se deben superar dificultades considerables durante una roca. corrientes de cortocircuito en circuitos de corriente alterna por períodos cortos de tiempo (centésimas y milésimas de segundo).

La interrupción rápida del circuito y la eliminación de los cortocircuitos resultantes en las instalaciones eléctricas están dictadas por una serie de circunstancias y, en primer lugar, por la necesidad de mantener la estabilidad de funcionamiento. sistemas eléctricos, protección de cables y equipos de los efectos térmicos de las corrientes de cortocircuito, protección de contactos y cámaras de arco de dispositivos de desconexión de la acción destructiva de un arco potente.

La eliminación rápida del arco de circuito abierto también es de gran importancia y en dispositivos para circuitos de control de baja tensión, que suelen estar diseñados para un gran número de procesos de conmutación. La reducción de la duración de la quema del arco conduce a una reducción de la quema de los contactos y otros elementos del aparato y, por lo tanto, a un aumento de la vida útil.

Sin embargo, la eliminación muy rápida del arco puede resultar en sobretensiones muy grandes en el circuito porque el arco, cuando el circuito está abierto, absorbe la energía electromagnética almacenada en el circuito, que puede convertirse en energía de sobretensión electrostática. Por lo tanto, la descarga del arco puede desempeñar un papel positivo en algunos casos. Esto debe tenerse en cuenta.

El problema de crear dispositivos de desconexión confiables de alta y baja tensión de alta velocidad, en primer lugar, se basa en la solución correcta del problema de la extinción del arco en ellos.

La interrupción de los circuitos eléctricos de baja y alta tensión con la formación de un arco potente en los contactos de los dispositivos eléctricos es un proceso complejo, cuyo estudio está dedicado a una gran cantidad de estudios teóricos y experimentales y desarrollos de diseño.

Existe un gran número de métodos de extinción de arcos AC y DC que se utilizan en la práctica en función de los niveles de tensión de funcionamiento, la magnitud de las corrientes, el tiempo de funcionamiento requerido de los dispositivos de desconexión, las condiciones de seguridad, etc.

En la actualidad, el arco simple sigue siendo el camino principal que sigue tomando la tecnología de dispositivos de conmutación de CA y CC de alto y bajo voltaje.

Ver también:Disyuntores de vacío de alta tensión: diseño y principio de funcionamiento