Descrição dos fenômenos básicos durante a comutação do disjuntor em redes

A terminologia de comutação do disjuntor pode ser compreendida considerando um evento real.
As Figuras 1 a 3 mostram o rastreamento de um teste de corrente de falha trifásica não aterrada de fechamento-abertura (CO) em um disjuntor a vácuo (traço cortesia da KEMA).
Considerando cada figura por vez, a terminologia é a seguinte:

Sequência de Atuação do Disjuntor e Quantidades Relacionadas

A partir da Figura 1, podemos observar a seguinte sequência de eventos em detalhes:

1. Estado Inicial:

• O disjuntor inicia na posição aberta.

• Um sinal de fechamento é aplicado à bobina de fechamento para iniciar a operação de fechamento.

2. Processo de Fechamento:

Após um breve atraso elétrico, o contato móvel começa a se mover (como indicado pela curva inferior do gráfico de deslocamento) e eventualmente faz contato com os contatos fixos. Este momento é referido como engajamento ou fechamento do contato. Na prática, devido ao pré-colapso entre os contatos, a conexão elétrica real pode ocorrer ligeiramente antes do contato mecânico.

O intervalo de tempo entre a aplicação do sinal de fechamento e o momento do engajamento do contato é conhecido como tempo de fechamento mecânico.

3. Estado Fechado e Corrente de Falha:

• Uma vez fechado, o disjuntor conduz a corrente de falha. Um sinal de disparo é então aplicado à bobina de disparo, iniciando o processo de abertura (ou disparo) do disjuntor.

• Após um breve atraso elétrico, o contato móvel começa a se afastar dos contatos fixos, resultando em sua separação mecânica. Este momento é referido como separação, partição ou abertura do contato.

• O intervalo de tempo entre a aplicação do sinal de disparo e o momento da separação do contato é conhecido como tempo de abertura mecânico.

4. Formação do Arco Elétrico e Interrupção da Corrente:

• Um arco elétrico forma-se entre os contatos conforme eles se separam. A corrente tenta interromper nos pontos de cruzamento zero, primeiro na fase b, seguida pela fase a, e finalmente com sucesso na fase c.

•  A fase c é a primeira fase a alcançar a interrupção completa, com uma duração do arco (o tempo entre a separação do contato e a interrupção da corrente) de aproximadamente meia ciclo. O tempo de interrupção (também chamado de tempo do disjuntor) para a fase c é a soma do tempo de abertura mecânico e a duração do arco.

5. Distribuição de Corrente Durante a Interrupção:

• No momento da interrupção da corrente na fase c, as correntes nas fases a e b deslocam-se por 30°, tornando-se iguais em magnitude, mas opostas em polaridade. A corrente na fase líder (fase a) experimenta um meio ciclo encurtado, enquanto a corrente na fase atrasada (fase b) experimenta um meio ciclo alongado.

• O tempo total de limpeza é a soma do tempo de abertura mecânico e a duração máxima do arco observada em qualquer uma das fases a ou b.

Quantidades relacionadas à corrente de comutação do disjuntor:

Pode-se observar cuidadosamente na figura 2 que:

•  Para uma falha iniciada no pico de tensão, a corrente será simétrica. Simétrica significa que cada meio ciclo da corrente, também referido como um loop de corrente, será idêntico ao meio ciclo anterior de corrente. A corrente na fase a é quase simétrica devido à iniciação da falha logo antes do pico de tensão.

• As correntes nas fases b e c são assimétricas e consistem em loops longos e curtos de corrente, referidos respectivamente como loops maiores e menores.
  A assimetria máxima ocorre quando a falha é iniciada no cruzamento zero da tensão.

Quantidades Relacionadas à Tensão de Comutação do Disjuntor

A partir da Figura 3, podemos observar a seguinte sequência de eventos em detalhes:

Cruzamentos de Zero da Corrente:
Um cruzamento de zero da corrente ocorre a cada 60 segundos. Após a separação dos contatos, o polo mais próximo do próximo cruzamento zero tentará interromper a corrente primeiro. Neste caso, o polo da fase b, sendo o mais próximo do primeiro cruzamento zero, tenta interromper a corrente.

2. Tentativas Iniciais de Interrupção da Corrente:

O polo da fase b tenta interromper a corrente, mas falha devido aos contatos estarem muito próximos para suportar a Tensão de Recuperação Transitória (TRV), levando à re-ignição.
 Subsequentemente, o polo da fase a também tenta interromper a corrente, mas falha e re-ignição.

3. Interrupção Bem-Sucedida da Corrente:

 Finalmente, o polo da fase c interrompe a corrente com sucesso, restaurando o sistema à TRV e à tensão de recuperação alternada (tensão de recuperação AC).

4. Tensão de Recuperação Transitória (TRV):

•  Definição: TRV é a oscilação transitória que ocorre à medida que a tensão no lado de energia do disjuntor se recupera para a tensão do sistema pré-falha.

• Comportamento: A TRV oscila em torno da tensão de recuperação AC, que serve como o ponto alvo ou eixo de oscilação. O valor de pico da TRV depende do amortecimento no circuito.

• Duração da Oscilação: Como mostrado no formato de onda, a TRV oscila durante um quarto de ciclo de frequência de alimentação (ou seja, 90 graus).

• Impacto nos Polos: O primeiro polo a limpar (neste caso, a fase c) está exposto à TRV mais alta, pois experimenta a oscilação transitória completa.

5.    Limpeza Subsequente dos Polos:

• Os polos das fases a e b limpam 90 graus depois da fase c.

• Para esses polos, os valores de TRV são menores do que os experimentados pela fase c e têm polaridades opostas.

• A tensão de recuperação AC é a tensão de linha, compartilhada entre as duas fases.