O que é a Teoria da Interrupção do Arco?

O que é a Teoria da Interrupção do Arco?

Definição da Teoria da Interrupção do Arco

A teoria da interrupção do arco é definida como o processo de parar os arcos elétricos que ocorrem quando os contatos do circuito se abrem.

Métodos de Interrupção do Arco

Existem dois métodos principais: o método de alta resistência, que aumenta a resistência até a corrente zero, e o método de baixa resistência, que utiliza o ponto natural de zero da corrente alternada.

Tensão de Reestabelecimento

A tensão de reestabelecimento é a tensão entre os contatos do disjuntor no momento em que o arco é extinto.

Teoria do Equilíbrio de Energia

Quando os contatos do disjuntor estão prestes a se abrir, a tensão de reestabelecimento é zero, portanto, não é gerado calor. Quando totalmente abertos, a resistência é infinita, novamente não produzindo calor. Assim, o calor máximo gerado está entre esses pontos. A teoria do equilíbrio de energia afirma que, se a dissipação de calor entre os contatos for mais rápida do que a geração de calor, o arco pode ser extinto pelo resfriamento, alongamento e divisão do arco.

Teoria da Corrida de Tensão

O arco é devido à ionização da lacuna entre o contato do disjuntor. Portanto, a resistência na fase inicial é muito pequena, ou seja, quando os contatos estão fechados, e conforme os contatos se separam, a resistência começa a aumentar. Se removemos íons na fase inicial, seja por recombiná-los em moléculas neutras ou inserindo isolamento a uma taxa mais rápida do que a taxa de ionização, o arco pode ser interrompido. A ionização na corrente zero depende das tensões conhecidas como tensão de reestabelecimento.

Vamos definir uma expressão para a tensão de reestabelecimento. Para um sistema sem perdas ou ideal, temos,

Aqui, v = tensão de reestabelecimento.

V = valor da tensão no instante da interrupção.

L e C são indutor em série e capacitância em paralelo até o ponto de falha.

Assim, a partir da equação acima, podemos ver que, quanto menor o valor do produto de L e C, maior o valor da tensão de reestabelecimento.

A variação de v versus tempo é plotada abaixo:

Agora, vamos considerar um sistema prático, ou assumir que há perdas finitas no sistema. Como mostrado na figura abaixo, neste caso, a tensão de reestabelecimento é atenuada devido à presença de alguma resistência finita. Aqui, assume-se que a corrente fica atrás da tensão por um ângulo (medido em graus) de 90. No entanto, na situação prática, o ângulo pode variar dependendo do momento do ciclo em que a falha ocorreu.

Vamos considerar o efeito da tensão do arco, se a tensão do arco for incluída no sistema, haverá um incremento na tensão de reestabelecimento. No entanto, isso é compensado por outro efeito da tensão do arco, que opõe o fluxo de corrente e altera a fase da corrente, trazendo-a mais em fase com as tensões aplicadas. Assim, a corrente não está no seu valor máximo quando a tensão passa pelo valor zero.

Taxa de Elevação da Tensão de Reestabelecimento (RRRV)

É definida como a razão entre o valor pico da tensão de reestabelecimento e o tempo necessário para atingir o valor pico. É um dos parâmetros mais importantes, pois, se a taxa na qual a resistência dielétrica desenvolvida entre os contatos for maior que a RRRV, então o arco será extinto.