Apertura di circuiti elettrici

Aprire i circuiti elettrici di solito significa processo transitorio, in cui la corrente del circuito cambia da un certo valore a zero. Nell'ultima fase di apertura del circuito, compare uno spazio tra i contatti del dispositivo di sezionamento che, oltre alla conduttività nulla, deve avere anche una rigidità dielettrica sufficientemente elevata per resistere all'azione della tensione del circuito ripristinata.

Caratteristiche fisiche della scarica ad arco

Arco elettrico può verificarsi quando lo spazio tra i contatti (elettrodi) si rompe o quando si aprono. Quando i contatti si aprono, l'arco tra di essi è facilitato dalla formazione di "punti" luminosi sulla superficie di contatto, che sono una conseguenza di densità di corrente significative su piccole aree di "separazione". Ciò provoca la formazione di un arco quando i contatti vengono interrotti, anche a una tensione piuttosto bassa (dell'ordine di alcune decine di volt).

È generalmente accettato che le condizioni minime per il verificarsi di un arco almeno instabile sui contatti siano corrente circa 0,5 A e tensione 15 - 20 V.

L'apertura dei contatti a valori inferiori di tensione e corrente è solitamente accompagnata solo da piccole scintille. A tensioni a circuito aperto più elevate, ma a correnti più basse, è possibile la formazione tra i contatti aperti scarica luminescente.

La presenza di una scarica a bagliore è caratterizzata da un calo significativo della tensione del catodo (fino a 300 V). Se una scarica a bagliore si trasforma in una scarica ad arco, ad esempio, all'aumentare della corrente nel circuito, la caduta di tensione del catodo diminuisce a 10 - 20 V.

Le caratteristiche della scarica ad arco ad alta pressione di un mezzo gassoso sono:

• elevata densità di corrente nella colonna ad arco;

• alta temperatura del gas all'interno del canale dell'arco, che raggiunge i 5000 K, e in condizioni di intensa deionizzazione, 12000 - 15000 K e oltre;

• elevata densità di corrente e bassa caduta di tensione agli elettrodi.

Di solito, l'obiettivo è garantire che il processo di apertura del circuito proceda il più rapidamente possibile. A tale scopo vengono utilizzati dispositivi di commutazione speciali (interruttori, interruttori automatici, contattori, fusibili, interruttori di carico, ecc.).

I fenomeni di arco sono osservati non solo negli interruttori automatici. All'apertura dei contatti può verificarsi un arco elettrico. sezionatori di alta tensione, quando l'isolamento delle linee si sovrappone, quando gli elementi protettivi dei fusibili sono bruciati, ecc.

La complessità dei dispositivi di questi dispositivi dipende dai requisiti loro imposti in termini di livelli di tensione operativa, correnti nominali e correnti di cortocircuito, livelli di sovratensioni che si verificano, condizioni atmosferiche, velocità nominali, ecc.

Caratteristiche dell'apertura di circuiti elettrici tramite sezionatori

La questione dell'estinzione di lunghi archi aperti di corrente alternata si incontra più spesso quando si lavora con semplici sezionatori come dispositivi di scatto. Tali sezionatori non dispongono di speciali dispositivi di soppressione dell'arco e quando i contatti si aprono, estendono solo l'arco nell'aria.

Per migliorare le condizioni per l'allungamento dell'arco, i sezionatori sono dotati di corno o elettrodi ad asta aggiuntivi, lungo i quali l'arco viene sollevato e allungato a grande lunghezza.

Ci sono molti video caricati su Internet che mostrano il processo di arco quando i contatti dei sezionatori si aprono sotto carico (questi possono essere facilmente trovati cercando «arco sezionatore»).

Gli archi aperti in corrispondenza dei sezionatori o tra i conduttori e la terra sulle linee elettriche sono fortemente incoraggiati dal vento. In presenza di vento, l'arco può essere più corto e quindi eliminato più rapidamente che in assenza di vento.Tuttavia, un fattore come il vento non dovrebbe essere preso in considerazione a causa della sua incoerenza, ma in base a condizioni più severe: il completo assenza di vento.

Con l'ausilio di sezionatori è impossibile spegnere una grande corrente, poiché l'arco raggiunge contemporaneamente una lunghezza considerevole, formando molta fiamma, fondendo fortemente i contatti del dispositivo di disconnessione. Un potente arco aperto danneggia facilmente gli isolanti con cui viene a contatto, provoca una sovrapposizione tra le fasi, che porta a un cortocircuito nella rete.

I sezionatori convenzionali sono ampiamente utilizzati per scollegare correnti a circuito aperto di piccoli trasformatori, correnti di linea di carico capacitivo, correnti a basso carico, ecc.

Modi per aprire i circuiti elettrici

In linea di principio, sono possibili i seguenti metodi per l'apertura di circuiti elettrici con corrente continua e corrente alternata.

1. Arco semplice di circuiti elettrici

Questo gruppo comprende tali metodi di apertura di circuiti elettrici con corrente continua e alternata, in cui non vengono prese misure aggiuntive speciali per limitare la corrente nel circuito prima dell'apertura dei contatti o misure speciali per ridurre l'energia dell'arco nell'intercapedine dell'arco del interruttore.

In questa modalità di apertura le condizioni di interruzione del circuito sono fornite al massimo da camera di estinzione dell'arco del dispositivo di sezionamento creando la necessaria rigidità dielettrica del traferro quando la corrente attraversa lo zero (corrente alternata) o raggiungendo un valore sufficiente della tensione d'arco (corrente continua).

Durante l'arco, i contatti dell'apparato possono aprirsi in qualsiasi fase della corrente che scorre nel circuito, pertanto i contatti e gli elementi del paracadute devono essere progettati per l'impatto di un arco di potenza ed energia relativamente elevate.

Camere di estinzione arco per dispositivi elettrici

Scivolo dell'arco dell'interruttore

2. Limitata apertura dell'arco dei circuiti elettrici

Tali metodi di esclusione includono quelli in cui un attivo o reattività, a causa della quale la corrente nel circuito diminuisce in modo abbastanza significativo rispetto al suo valore che esisteva prima dell'inizio della limitazione. L'interruttore spegne la corrente limitata che rimane nel circuito.

In questo caso, ai contatti si verifica un arco a potenza limitata e l'estinzione dell'arco sulla corrente residua è un compito più semplice che se la corrente non fosse limitata.

Convenzionalmente, includiamo tali metodi di disconnessione nello stesso gruppo, in cui la fase di interruzione della corrente è rigorosamente fissa o il tempo di combustione dell'arco sui contatti è limitato da alcune misure speciali, ad esempio dispositivi valvolari, ecc.

3. Apertura senza arco di circuiti elettrici

Il processo di apertura dei circuiti elettrici in questo caso è caratterizzato dal fatto che la scarica dell'arco ai contatti principali avviene completamente o si presenta sotto forma di arco instabile a brevissimo termine a causa dell'influenza dell'induttanza e dell'induttanza reciproca dei circuiti . Questo tipo di apertura del circuito è solitamente ottenuto mediante valvole ad alta potenza (diodi al silicio o tiristori) utilizzate come elementi di derivazione dei contatti principali dell'interruttore.

Caratteristiche di estinzione dell'arco durante l'apertura di circuiti elettrici CC e CA

Le condizioni di estinzione dell'arco CA con deionizzazione attiva della fessura del dispositivo di commutazione sono fondamentalmente escluse dalle condizioni di estinzione degli archi CC e degli archi CA aperti lunghi.

In un arco permanente o in un arco alternato lungo aperto, l'estinzione si verifica principalmente perché quando l'arco viene teso, la sorgente di energia elettrica non è in grado di coprire la caduta di tensione nella colonna dell'arco, per cui si verifica una condizione instabile e il l'arco si spegne.

Quando si verifica un arco in un circuito CA, quando la colonna dell'arco viene deionizzata attivamente o si rompe in una serie di brevi archi, l'arco può essere spento anche quando la sorgente ha ancora una grande tensione di alimentazione per mantenere l'arco acceso, ma risulta essere insufficiente per garantire la sua accensione, a una corrente zero crossing.

In condizioni di deionizzazione attiva durante l'attuale passaggio per lo zero, la conduttività della colonna d'arco diminuisce così tanto che, almeno per un breve periodo, deve essere applicata ad essa una tensione significativa per innescare l'arco nel semiperiodo successivo.

Se il circuito non è in grado di fornire una tensione sufficiente e la velocità del suo aumento nel gap, dopo che la corrente passa a zero, la corrente viene interrotta, cioè l'arco non appare nel mezzo ciclo successivo e il circuito è finalmente spento.

Quindi considera quelli più comuni semplicemente aprendo i circuiti dell'arco.

Se la tensione e la corrente della sorgente del circuito superano determinati valori critici, quindi ai contatti del dispositivo di disconnessione elettrica quando si aprono, si verifica una scarica ad arco stabile… Se i contatti divergono ulteriormente o l'arco viene soffiato nella camera di estinzione dell'arco del sezionatore, si creano condizioni di combustione dell'arco instabili e l'arco può essere spento.

Quando la tensione e la corrente del circuito aumentano, la difficoltà nel creare condizioni di arco instabile aumenta rapidamente. A tensioni che raggiungono migliaia e decine di migliaia di volt e correnti relativamente elevate (migliaia di ampere), si verifica un arco molto potente nei contatti del dispositivo di sezionamento, per estinguerlo e quindi interrompere il circuito, è necessario adottare misure per utilizzare dispositivi di estinzione dell'arco più o meno sofisticati ... Difficoltà particolarmente significative sorgono quando si spengono i circuiti CC.

Notevoli difficoltà devono essere superate anche durante una roccia. correnti di corto circuito nei circuiti AC per brevi periodi di tempo (centesimi e millesimi di secondo).

La rapida interruzione del circuito e la rimozione dei conseguenti cortocircuiti negli impianti elettrici sono dettate da una serie di circostanze e prima di tutto dalla necessità di mantenere la stabilità di funzionamento. impianti elettrici, protezione di fili e apparecchiature dagli effetti termici delle correnti di cortocircuito, protezione dei contatti e delle camere d'arco dei dispositivi di sezionamento dall'azione distruttiva di un potente arco.

Anche la rimozione rapida dell'arco a circuito aperto è di grande importanza e nei dispositivi per circuiti di controllo a bassa tensione, che di solito sono progettati per un numero molto elevato di processi di commutazione. La riduzione della durata della combustione dell'arco porta ad una riduzione della combustione dei contatti e di altri elementi dell'apparato e, quindi, ad un aumento della durata.

Tuttavia, un'eliminazione molto rapida dell'arco può provocare sovratensioni molto grandi nel circuito poiché l'arco, quando il circuito è aperto, assorbe l'energia elettromagnetica immagazzinata nel circuito, che può essere convertita in energia di sovratensione elettrostatica. Pertanto, la scarica dell'arco può svolgere un ruolo positivo in alcuni casi. Questo dovrebbe essere tenuto in considerazione.

Il problema di creare dispositivi di disconnessione affidabili ad alta e bassa tensione ad alta velocità, prima di tutto, si basa sulla corretta soluzione del problema dell'estinzione dell'arco in essi.

L'interruzione dei circuiti elettrici a bassa e alta tensione con la formazione di un potente arco nei contatti dei dispositivi elettrici è un processo complesso, il cui studio è dedicato a un numero enorme di studi teorici e sperimentali e sviluppi progettuali.

Esistono numerosi metodi di estinzione degli archi CA e CC che vengono utilizzati nella pratica a seconda dei livelli di tensione operativa, dell'entità delle correnti, del tempo di funzionamento richiesto dei dispositivi di disconnessione, delle condizioni di sicurezza, ecc.

Al momento, l'arco semplice è ancora il percorso principale che la tecnologia dei dispositivi di commutazione CA e CC ad alta e bassa tensione continua a intraprendere.

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