Um disjuntor híbrido DC

A maioria dos disjuntores de caixa moldada CC utiliza extinção de arco por ar natural, e geralmente existem dois métodos de extinção de arco: um é o abertura e fechamento convencional, onde os contatos esticam o arco axialmente, enquanto o circuito condutor gera um campo magnético que curva e alonga o arco, puxando-o longitudinalmente perpendicular ao eixo do arco. Isso não só aumenta o comprimento do arco, mas também induz movimento lateral, permitindo o resfriamento pelo ar para alcançar a extinção do arco.

O outro método envolve o arco sendo impulsionado magneticamente para o canal de arco por sua própria força eletromagnética ou pelo campo magnético de uma bobina de sopro magnético, causando a extinção rápida do arco. Quando a corrente cai abaixo de certo valor (corrente crítica da carga), durante a abertura convencional, o arco não pode ser extinto efetivamente. Nesse ponto, a força de sopro magnético é fraca, fornecendo força de propulsão insuficiente para o movimento do arco, impedindo que o arco entre no canal de arco. Consequentemente, o canal de arco torna-se ineficaz, fazendo com que o arco permaneça parado e queime continuamente por um longo período, prolongando significativamente o tempo de interrupção ou até mesmo levando à falha de interrupção. Portanto, é necessária uma otimização técnica durante a interrupção na corrente crítica da carga para garantir a extinção rápida do arco.

Conteúdo do Modelo de Utilidade

O presente modelo de utilidade visa superar as deficiências da tecnologia existente, especialmente o tempo excessivamente longo de arco durante a interrupção na corrente crítica da carga, fornecendo um disjuntor híbrido CC. Este dispositivo pode determinar autonomamente se a corrente da carga está no nível crítico durante a interrupção do disjuntor e, se for o caso, empregar automaticamente uma técnica de comutação de corrente para extinguir rapidamente o arco gerado pela corrente crítica da carga.

O presente modelo de utilidade adota especificamente a seguinte solução técnica para resolver o problema mencionado: Um disjuntor híbrido CC composto por um primeiro interruptor mecânico conectado em série dentro do circuito principal, um circuito de comutação conectado em paralelo com o primeiro interruptor mecânico e um circuito de acionamento para ativar o circuito de comutação quando energizado. O disjuntor híbrido CC ainda compreende:

• Uma fonte de alimentação comutada, cujas duas terminais de entrada estão conectadas a ambas as extremidades do primeiro interruptor mecânico;

• Um circuito de atraso, conectado em série entre a saída da fonte de alimentação comutada e a entrada do circuito de acionamento, implementado via hardware, para atrasar a saída da fonte de alimentação comutada por um tempo de atraso pré-definido antes de enviá-la ao circuito de acionamento; a soma do tempo de atraso e o tempo de estabelecimento da fonte de alimentação comutada constituem o tempo de atraso de acionamento, que é maior que o tempo de arco do disjuntor híbrido CC sob condições de corrente de carga não crítica;

• Um segundo interruptor mecânico, conectado em série com o primeiro interruptor mecânico no circuito principal. O segundo interruptor mecânico está mecanicamente ligado ao primeiro interruptor mecânico, mas opera com um atraso pré-definido em relação ao primeiro interruptor. Este tempo pré-definido é menor que a diferença entre o tempo de atraso de acionamento e o tempo de arco de corrente de carga não crítica.

Além disso, o circuito de atraso também é usado para interromper o fornecimento de energia ao circuito de acionamento após enviar a saída da fonte de alimentação comutada ao circuito de acionamento e mantê-la por um segundo tempo de atraso. Preferencialmente, o circuito de atraso é composto por dois circuitos de descarga RC conectados via optoacoplador.

Comparado com a tecnologia anterior, a solução técnica do presente modelo de utilidade tem os seguintes efeitos benéficos: Visando o desafio de extinção de arco na corrente crítica da carga em disjuntores CC, o presente modelo de utilidade adiciona um circuito de comutação ao esquema de extinção de arco existente, e através de uma abordagem puramente baseada em hardware, permite que o disjuntor determine autonomamente se a corrente da carga está no nível crítico durante a interrupção. Quando operando na corrente crítica da carga, o dispositivo emprega autonomamente a técnica de comutação para extinguir rapidamente e seletivamente o arco gerado nessas condições.

Como mostrado na Figura 3, o processo de operação e o princípio do disjuntor híbrido CC neste exemplo são os seguintes:

• Do tempo 0 a T₀, o sistema está em operação normal. O primeiro interruptor mecânico e o segundo interruptor mecânico estão fechados. O circuito da fonte de alimentação comutada não está energizado, e o circuito de comutação está inativo.

• A partir do tempo T₀, os contatos móveis e fixos do primeiro interruptor mecânico começam a separação física, gerando um arco entre seus terminais. A fonte de alimentação comutada usa a tensão do arco como sua fonte de alimentação de entrada e começa a estabelecer sua saída. Se o disjuntor estiver interrompendo uma corrente que não está no nível crítico da carga nesse momento, a duração do arco é de T₀ a T₁, e a forma de onda da tensão do arco é Uarc₁. Se o disjuntor estiver interrompendo uma corrente crítica da carga, a duração do arco se estende de T₀ a T₂, e a forma de onda da tensão do arco é Uarc₂.

O circuito de comutação usado neste modelo de utilidade é ativado apenas sob condições de baixa corrente crítica da carga. Portanto, não requer componentes de comutação de alta corrente nominal, resultando em um custo de construção mais baixo para o circuito de comutação. Além disso, o controle de comutação é implementado inteiramente através de circuitos de hardware, eliminando a necessidade de unidades de controle lógico ou algoritmos de controle complexos.