Interruptor de alta tensión

Tensión do arco en interruptores de circuito de gas

Nos interruptores de circuito de gas, a tensión do arco é un parámetro crítico que inflúe no proceso de interrupción e no rendemento global do interruptor. A tensión do arco pode variar desde uns poucos centos de voltios a varios quilovoltios, dependendo de diversos factores. Abaixo está unha explicación detallada dos principais factores que afectan á tensión do arco:

1. Lonxitude do arco

• Principio: A caída de tensión a través do arco é directamente proporcional á lonxitude do arco. Canto maior sexa a lonxitude do arco, maior será a tensión necesaria para manter o arco.

• Explicación: Cando os contactos dun interruptor de circuito de gas se separan, forma-se un arco entre eles. A lonxitude do arco pode ser moito maior que a brecha inicial de contacto debido ao movemento do arco (estiramento do arco) como influenciado por campos magnéticos ou fluxo de gas. Cuanto maior sexa o arco, maior será a caída de tensión a través del, facendo máis fácil extinguilo porque se require máis enerxía para sosteló.

2. Tipo de gas

• Principio: A tensión do arco depende das propiedades físicas do medio gaseoso circundante, como a súa presión, temperatura e estado de ionización.

• Explicación: Diferentes gases teñen diferentes resistencias dieléctricas e conductividades térmicas, que afectan a facilidade con que o arco pode sostenerse. Por exemplo, o hexafluoruro de azufre (SF₆) é comúnmente utilizado en interruptores de circuito de alta tensión debido ás súas excelentes propiedades aislantes e a súa capacidade de desionizarse rapidamente despois de que a corrente pasa por cero. Os gases con maior resistencia dieléctrica requiren maiores tensións para manter o arco, o que axuda na extinción do arco.

3. Material de contacto

• Principio: O material dos contactos de arco ten unha influencia menor na tensión do arco, afectando principalmente a caída de tensión nas rexións do ánodo e do catodo.

• Explicación: A principal caída de tensión nun arco gaseoso ocorre a través do corpo do arco mesmo, non nas superficies de contacto. No entanto, o material de contacto pode influenciar a caída de tensión local próxima ao ánodo e ao catodo, coñecida como caída do catodo e do ánodo. Materiais con funcións de traballo menores (por exemplo, cobre, prata) tenden a ter caídas de catodo menores, pero este efecto é relativamente pequeno en comparación coa tensión total do arco. Polo tanto, a elección do material de contacto ten un impacto marginal na tensión total do arco.

4. Enfriamento do arco

• Principio: A potencia interna do arco é o produto da corrente e a tensión do arco. Se o arco perde máis calor debido ao enfriamento, aumentará a súa potencia aumentando a tensión do arco.

• Explicación: O enfriamento do arco pode ocorrer a través da conducción, convección e radiación. Nos interruptores de circuito de gas, o fluxo de gas (a miúdo inducido por mecanismos de soplado ou bobinas de sopro magnético) axuda a enfríar o arco e reducir a súa temperatura. Canto máis se enfría o arco, menos condutor se volve, levando a un aumento da tensión do arco. Este aumento de tensión fai máis difícil que o arco se sostenga, axudando na súa extinción.

5. Corrente a través do arco

• Principio: Os arcos gaseosos exhiben unha característica de volt-amperio negativa, o que significa que a tensión do arco aumenta a medida que a corrente disminúe e viceversa.

• Explicación: Cando a corrente se aproxima a cero durante a travesía do cero de corrente, a tensión do arco tiende a aumentar bruscamente. Isto é debido a que o arco se volve menos estable a baixas correntes, e o número reducido de portadores de carga leva a unha maior resistencia, resultando en unha maior caída de tensión. Ao contrario, a corrientes máis altas, o arco é máis estable, e a caída de tensión é menor. Este comportamento é importante para entender como se comporta o arco cerca do cero de corrente, onde a interrupción exitosa é crítica.

6. Excursións e colapsos aleatorios da tensión do arco preto do cero de corrente

• Principio: Preto da travesía do cero de corrente, a tensión do arco exhibe excursións e colapsos aleatorios, que son críticos para a extinción do arco.

• Explicación: Cando a corrente se aproxima a cero, o arco se volve cada vez máis inestable. A tensión do arco pode fluctuar aleatoriamente debido aos cambios rápidos no estado físico do arco, como a densidade de partículas cargadas e a temperatura. Estas fluctuacións poden causar que a tensión do arco suba repentinamente, levando a un colapso do arco. Se a tensión do arco aumenta suficientemente, pode superar a tensión de recuperación do sistema, causando que o arco se extinga. Este fenómeno é crucial para asegurar que o arco se interrompe exitosamente no cero de corrente.

Resumo

A tensión do arco nos interruptores de circuito de gas está influenciada por varios factores, incluíndo a lonxitude do arco, o tipo de gas, o material de contacto, os efectos de enfriamento e a corrente a través do arco. A tensión do arco xoga un papel vital no proceso de interrupción, especialmente preto do cero de corrente, onde as excursións e colapsos aleatorios poden determinar se o arco se extingue con éxito. Comprender estes factores é esencial para deseñar e operar interruptores de circuito de gas eficientes e fiables.