Come estinguere un arco elettrico nei dispositivi elettrici
L'interruzione del circuito elettrico dell'apparato è un processo di transizione del corpo di commutazione dell'apparato dallo stato di conduttore di corrente elettrica allo stato di non conduttore (dielettrico).
Perché l'arco si estingua è necessario che i processi di deionizzazione superino i processi di ionizzazione. Per estinguere l'arco è necessario creare condizioni in cui la caduta di tensione sull'arco superi la tensione fornita dall'alimentatore.
Movimento forzato dell'aria
Lo spegnimento dell'arco in un flusso di aria compressa prodotto da un compressore è molto efficace. Tale estinzione non viene utilizzata nei dispositivi a bassa tensione, poiché l'arco può essere spento in modi più semplici senza l'uso di attrezzature speciali per la compressione dell'aria.
Per estinguere l'arco, soprattutto a correnti critiche (quando si verificano le condizioni per l'estinzione dell'arco elettrico, sono chiamate critiche), viene utilizzato un soffio d'aria forzato creato dalle parti del sistema in movimento quando si muovono durante il processo di intervento .
L'estinzione di un arco in un liquido, ad esempio nell'olio per trasformatori, è molto efficace, poiché i prodotti gassosi risultanti dalla decomposizione dell'olio all'alta temperatura dell'arco elettrico deionizzano intensamente il cilindro dell'arco. Se i contatti del dispositivo di sezionamento sono posti in olio, l'arco che si è verificato durante l'apertura porta a un'intensa formazione di gas e all'evaporazione dell'olio. Intorno all'arco si forma una bolla di gas, che consiste principalmente di idrogeno. La rapida decomposizione dell'olio porta ad un aumento della pressione, che contribuisce a un migliore raffreddamento e deionizzazione dell'arco. A causa della complessità del design, questo metodo di estinzione dell'arco non viene utilizzato nei dispositivi a bassa tensione.
L'aumento della pressione del gas facilita l'estinzione dell'arco perché aumenta il trasferimento di calore. È stato scoperto che le caratteristiche della tensione dell'arco in gas diversi a pressioni diverse (superiori a quella atmosferica) saranno le stesse se questi gas hanno gli stessi coefficienti di trasferimento del calore per convezione.
L'estinzione ad alta pressione viene eseguita in fusibili a cartuccia chiusa senza riempitivo della serie PR.
Effetto elettrodinamico sull'arco. A correnti superiori a 1 A, le forze elettrodinamiche che si verificano tra l'arco e le parti in tensione adiacenti hanno una grande influenza sull'estinzione dell'arco.È conveniente considerarli come il risultato dell'interazione della corrente d'arco e del campo magnetico creato dalla corrente che attraversa le parti in tensione. Il modo più semplice per creare un campo magnetico è posizionare correttamente gli elettrodi tra i quali brucia l'arco.
Per un indurimento riuscito, è necessario che la distanza tra gli elettrodi aumenti gradualmente nella direzione del suo movimento. A basse correnti, nessuno, anche i gradini molto piccoli (1 mm di altezza) sono indesiderabili, poiché l'arco potrebbe essere ritardato al loro bordo.
Riempimento magnetico. Se non è possibile ottenere il raffreddamento mediante una corretta disposizione delle parti che trasportano corrente utilizzando soluzioni di contatto accettabili, per non aumentare troppo, viene utilizzato il cosiddetto raffreddamento magnetico. Per fare questo, crea nell'area in cui brucia l'arcobaleno campo magnetico mediante un magnete permanente o un elettromagnete la cui bobina di estinzione dell'arco è collegata in serie al circuito principale, talvolta il campo magnetico creato dall'anello di corrente viene amplificato da apposite parti in acciaio. Il campo magnetico dirige l'arco nella direzione desiderata.
Con una bobina di estinzione dell'arco collegata in serie, un cambiamento nella direzione della corrente nel circuito principale non comporta un cambiamento nella direzione dell'arco. Con un magnete permanente, l'arco si muoverà in direzioni diverse a seconda della direzione della corrente nel circuito principale. Normalmente, il design del paracadute non lo consente. Quindi il dispositivo può funzionare in una direzione della corrente, il che rappresenta un notevole inconveniente. Questo è il principale svantaggio del design del magnete permanente, che è più semplice, più compatto ed economico del design della bobina ad arco.
Il modo per estinguere l'arco utilizzando una bobina collegata in serie è che la massima intensità di campo dovrebbe essere creata a correnti critiche che sono piccole. Il campo di estinzione dell'arco diventa grande solo a correnti elevate, quando è possibile farne a meno, poiché le forze elettrodinamiche diventano abbastanza significative da spegnere l'arco.
Il silenziamento magnetico è ampiamente utilizzato negli apparecchi progettati per la normale pressione atmosferica. Negli interruttori automatici ad aria per tensioni fino a 600 V (tranne ad alta velocità), non vengono utilizzate bobine di spegnimento dell'arco, poiché si tratta principalmente di dispositivi azionati manualmente ed è facile creare una distanza di contatto sufficientemente ampia per loro. Tuttavia, viene spesso utilizzato il rinforzo del campo con morsetti in acciaio che coprono le parti in tensione. Vengono utilizzate bobine di estinzione dell'arco contattori elettromagnetici unipolari corrente continua perché la soluzione di contatto deve essere molto ridotta per evitare di utilizzare un elettromagnete retrattile troppo grande.