Interruttore a corrente elevata

Tensione dell'arco nei disgiuntori a gas

Nei disgiuntori a gas, la tensione dell'arco è un parametro critico che influenza il processo di interruzione e le prestazioni generali del disgiuntore. La tensione dell'arco può variare da poche centinaia di volt a diversi chilovolt, a seconda di vari fattori. Di seguito è fornita una spiegazione dettagliata dei principali fattori che influenzano la tensione dell'arco:

1. Lunghezza dell'arco

• Principio: Il calo di tensione attraverso l'arco è direttamente proporzionale alla lunghezza dell'arco. Man mano che la lunghezza dell'arco aumenta, aumenta anche la tensione necessaria per mantenerlo.

• Spiegazione: Quando i contatti in un disgiuntore a gas si separano, si forma un arco tra di essi. La lunghezza dell'arco può essere molto maggiore della distanza iniziale tra i contatti a causa del movimento dell'arco (allungamento dell'arco) influenzato dai campi magnetici o dal flusso di gas. Più lungo è l'arco, più alto è il calo di tensione, rendendo più facile estinguere l'arco perché richiede più energia per mantenerlo.

2. Tipo di gas

• Principio: La tensione dell'arco dipende dalle proprietà fisiche del mezzo gassoso circostante, come la pressione, la temperatura e lo stato di ionizzazione.

• Spiegazione: Diversi gas hanno diverse resistenze dielettriche e conduttività termica, che influiscono sulla facilità con cui l'arco può essere mantenuto. Ad esempio, l'esahfluoruro di zolfo (SF₆) è comunemente utilizzato nei disgiuntori ad alta tensione a causa delle sue eccellenti proprietà isolanti e della sua capacità di deionizzare rapidamente dopo il passaggio dello zero corrente. I gas con resistenza dielettrica più elevata richiedono tensioni più elevate per mantenere l'arco, il che aiuta nell'estinzione dell'arco.

3. Materiale dei contatti

• Principio: Il materiale dei contatti di arco ha un'influenza minore sulla tensione dell'arco, influendo principalmente sul calo di tensione nelle regioni anodiche e catodiche.

• Spiegazione: Il principale calo di tensione in un arco gassoso avviene attraverso il corpo dell'arco stesso, non sulle superfici di contatto. Tuttavia, il materiale di contatto può influire sul calo di tensione locale vicino all'anodo e alla catoda, noto come caduta anodica e catodica. Materiali con funzioni di lavoro inferiori (ad esempio, rame, argento) tendono ad avere cadute catodiche inferiori, ma questo effetto è relativamente piccolo rispetto alla tensione totale dell'arco. Pertanto, la scelta del materiale di contatto ha un impatto marginale sulla tensione totale dell'arco.

4. Raffreddamento dell'arco

• Principio: La potenza interna dell'arco è il prodotto della corrente e della tensione dell'arco. Se l'arco perde più calore a causa del raffreddamento, aumenterà la sua potenza aumentando la tensione dell'arco.

• Spiegazione: Il raffreddamento dell'arco può avvenire attraverso conduzione, convezione e radiazione. Nei disgiuntori a gas, il flusso di gas (spesso indotto da meccanismi a soffietto o bobine di soffiata magnetica) aiuta a raffreddare l'arco e a ridurne la temperatura. Mentre l'arco si raffredda, diventa meno conduttivo, portando a un aumento della tensione dell'arco. Questo aumento di tensione rende più difficile per l'arco mantenere se stesso, favorendo la sua estinzione.

5. Corrente attraverso l'arco

• Principio: Gli archi gassosi presentano una caratteristica volt-ampère negativa, il che significa che la tensione dell'arco aumenta man mano che la corrente diminuisce e viceversa.

• Spiegazione: Mentre la corrente si avvicina allo zero durante il passaggio dello zero corrente, la tensione dell'arco tende a salire bruscamente. Questo accade perché l'arco diventa meno stabile a correnti basse, e il numero ridotto di portatori di carica porta a una resistenza più elevata, risultando in un calo di tensione più elevato. Al contrario, a correnti elevate, l'arco è più stabile e il calo di tensione è inferiore. Questo comportamento è importante per comprendere come l'arco si comporta vicino allo zero corrente, dove l'interruzione con successo è critica.

6. Escursioni casuali e collassi della tensione dell'arco vicino allo zero corrente

• Principio: Vicino al passaggio dello zero corrente, la tensione dell'arco presenta escursioni casuali e collassi, che sono critici per l'estinzione dell'arco.

• Spiegazione: Mentre la corrente si avvicina allo zero, l'arco diventa sempre più instabile. La tensione dell'arco può fluttuare casualmente a causa dei rapidi cambiamenti nello stato fisico dell'arco, come la densità dei particelle cariche e la temperatura. Queste fluttuazioni possono causare un'improvvisa impennata della tensione dell'arco, portando al suo collasso. Se la tensione dell'arco aumenta sufficientemente, può superare la tensione di recupero del sistema, causando l'estinzione dell'arco. Questo fenomeno è cruciale per garantire che l'arco venga interrotto con successo allo zero corrente.

Riepilogo

La tensione dell'arco nei disgiuntori a gas è influenzata da diversi fattori, inclusa la lunghezza dell'arco, il tipo di gas, il materiale dei contatti, gli effetti di raffreddamento e la corrente attraverso l'arco. La tensione dell'arco svolge un ruolo vitale nel processo di interruzione, in particolare vicino allo zero corrente, dove le escursioni casuali e i collassi possono determinare se l'arco viene estinto con successo. Comprendere questi fattori è essenziale per progettare e operare disgiuntori a gas efficienti e affidabili.