Quando i contatti portatori di corrente di un interruttore si separano, si forma un arco che persiste brevemente dopo la separazione dei contatti. Questo arco è pericoloso a causa dell'energia termica che genera, che può produrre forze esplosive.
Un interruttore deve estinguere l'arco senza danneggiare l'equipaggiamento o mettere in pericolo il personale. L'arco influenza significativamente le prestazioni dell'interruttore. Interrumpere un arco CC è intrinsecamente più difficile che interrompere un arco CA. In un arco CA, la corrente raggiunge naturalmente lo zero durante ogni ciclo della forma d'onda, causando la scomparsa momentanea dell'arco. Questo attraversamento dello zero crea un'opportunità per prevenire il riaccensione dell'arco, sfruttando l'intervallo breve di assenza di corrente per deionizzare il gap e impedire la riaccesione.
La conduttanza di un arco è proporzionale alla densità degli elettroni (ioni per centimetro cubico), al quadrato del diametro dell'arco e all'inverso della lunghezza dell'arco. Per l'estinzione dell'arco, è essenziale ridurre la densità degli elettroni liberi (ionizzazione), restringere il diametro dell'arco e aumentare la sua lunghezza.
Metodi di Estinzione dell'Arco
Ci sono due metodi principali per l'estinzione dell'arco negli interruttori:
Metodo ad Alta Resistenza
Principio: La resistenza effettiva dell'arco viene aumentata nel tempo, riducendo la corrente a un livello in cui la generazione di calore non può più sostenere l'arco, portando all'estinzione.
Dissipazione di Energia: A causa della natura resistiva dell'arco, la maggior parte dell'energia del sistema viene dissipata all'interno dell'interruttore, un notevole svantaggio.
Tecniche per Aumentare la Resistenza dell'Arco:
Raffreddamento: Riduce la mobilità degli ioni e la densità degli elettroni.
Allungamento dell'Arco: La separazione dei contatti aumenta la lunghezza del percorso, alzando la resistenza.
Riduzione della Sezione Transversale: Restringere il diametro dell'arco riduce la conduttanza.
Divisione dell'Arco: Dividere l'arco in segmenti più piccoli (ad esempio, tramite griglie metalliche o canalizzazioni) aumenta la resistenza totale.
Metodo a Bassa Resistenza (Interruzione a Corrente Zero)
Applicabilità: Esclusivo per circuiti CA, sfruttando gli attraversamenti naturali dello zero della corrente (100 volte al secondo per sistemi a 50 Hz).
Mechanismo:
La resistenza dell'arco viene mantenuta a livelli bassi fino a quando la corrente raggiunge lo zero.
Allo zero-crossing, l'arco si spegne naturalmente. La resistenza dielettrica viene rapidamente ripristinata tra i contatti per prevenire il riaccensione, sfruttando la breve assenza di corrente per deionizzare il gap.
Vantaggio: Minimizza la dissipazione di energia all'interno dell'interruttore sfruttando i punti zero naturali della forma d'onda CA, rendendolo altamente efficiente per l'interruzione dell'arco.
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