Interruptor de alta tensió
Tensió de l'arc en interruptors de circuit gaseós
En els interruptors de circuit gaseós, la tensió de l'arc és un paràmetre crític que influeix en el procés d'interrupció i en el rendiment general de l'interruptor. La tensió de l'arc pot variar des de uns quants centenars de volts a diversos quilovolts, depenent de diversos factors. A continuació, es proporciona una explicació detallada dels factors clau que afecten la tensió de l'arc:
1. Longitud de l'arc
Principi: El descens de tensió a través de l'arc és directament proporcional a la longitud de l'arc. Quan la longitud de l'arc augmenta, la tensió necessària per mantenir l'arc també augmenta.
Explicació: Quan els contactes en un interruptor de circuit gaseós es separen, es forma un arc entre ells. La longitud de l'arc pot ser molt més llarga que la separació inicial dels contactes degut al moviment de l'arc (estirament de l'arc) influït pels camps magnètics o pel flux de gas. Quan l'arc és més llarg, el descens de tensió a través d'ell és més elevat, facilitant la seva extinció ja que són necessaris més energia per mantenir-lo.
2. Tipus de gas
Principi: La tensió de l'arc depèn de les propietats físiques del medi gaseós que l'envolta, com ara la pressió, la temperatura i l'estat d'ionització.
Explicació: Diferents gasos tenen diferents resistències dielèctriques i conductivitats tèrmiques, que afecten la facilitat amb què l'arc es pot mantenir. Per exemple, el hexafluorur de sò (SF₆) s'utilitza sovint en interruptors de circuit d'alta tensió degut a les seves excel·lents propietats aïllants i la seva capacitat per desionitzar ràpidament després que la corrent passi zero. Els gasos amb una major resistència dielèctrica requereixen tensions més altes per mantenir l'arc, cosa que ajuda a la seva extinció.
3. Material dels contactes
Principi: El material dels contactes arquents té una influència menor en la tensió de l'arc, afectant principalment el descens de tensió en les regions anòda i càtoda.
Explicació: El principal descens de tensió en un arc gaseós ocorre a través del cos de l'arc, no en les superfícies de contacte. No obstant això, el material dels contactes pot influir en el descens de tensió local proper a l'anòda i la càtoda, conegut com a caiguda de la càtoda i de l'anòda. Materials amb funcions de treball més baixes (per exemple, cobre, plata) tendeixen a tenir caigudes de càtoda més baixes, però aquest efecte és relativament petit en comparació amb la tensió total de l'arc. Per tant, la tria del material dels contactes té un impacte marginal en la tensió total de l'arc.
4. Refredament de l'arc
Principi: La potència interna de l'arc és el producte de la corrent i la tensió de l'arc. Si l'arc perd més calor degut al refredament, incrementarà la seva potència augmentant la tensió de l'arc.
Explicació: El refredament de l'arc pot ocorre a través de la conducció, la convecció i la radiació. En els interruptors de circuit gaseós, el flux de gas (sovint induït per mecanismes de pujador o bobines de soplament magnètic) ajuda a refredar l'arc i reduir-ne la temperatura. Quan l'arc es refreda, es torna menys conductor, augmentant la tensió de l'arc. Aquest increment de tensió fa més difícil que l'arc es mantingui, ajudant a la seva extinció.
5. Corrent a través de l'arc
Principi: Els arcs gaseosos presenten una característica volt-amperios negativa, vol dir, que la tensió de l'arc augmenta quan la corrent disminueix i viceversa.
Explicació: Quan la corrent s'aproxima a zero durant la creuadura de zero de corrent, la tensió de l'arc tendeix a augmentar bruscament. Això és degut a que l'arc es torna menys estable a baixes corrents, i el nombre reduït de portadors de càrrega porta a una major resistència, resultant en un major descens de tensió. Al contrari, a corrents més altes, l'arc és més estable, i el descens de tensió és menor. Aquest comportament és important per entendre com es comporta l'arc prop de zero de corrent, on l'interrupció exitosa és crítica.
6. Excursions i col·lapsos aleatoris de la tensió de l'arc prop de zero de corrent
Principi: Prop de la creuadura de zero de corrent, la tensió de l'arc presenta excursions i col·lapsos aleatoris, que són crítics per a l'extinció de l'arc.
Explicació: Quan la corrent s'aproxima a zero, l'arc es torna cada vegada més inestable. La tensió de l'arc pot fluctuar aleatoriament degut als canvis ràpids en l'estat físic de l'arc, com ara la densitat de partícules carregades i la temperatura. Aquestes fluctuacions poden fer que la tensió de l'arc es dispari súbitament, provocant el col·laps de l'arc. Si la tensió de l'arc augmenta suficientment, pot superar la tensió de recuperació del sistema, causant l'extinció de l'arc. Aquest fenomen és crucial per assegurar que l'arc es interrompi correctament a zero de corrent.
Resum
La tensió de l'arc en els interruptors de circuit gaseós està influïda per diversos factors, inclosa la longitud de l'arc, el tipus de gas, el material dels contactes, els efectes de refredament i la corrent a través de l'arc. La tensió de l'arc joca un paper vital en el procés d'interrupció, especialment prop de zero de corrent, on les excursions i col·lapsos aleatoris poden determinar si l'arc s'extingeix amb èxit. Comprendre aquests factors és essencial per dissenyar i operar interruptors de circuit gaseós eficients i fiables.
