Interrupción de gas en el interruptor de alta tensión con cámara de interrupción
Explicación Detallada del Proceso de Extinción de Arco en un Interruptor de Circuito de SF6 de Tipo Soplador
En un interruptor de circuito de SF6 de tipo soplador, el proceso de extinción de arco es un mecanismo crítico que asegura la interrupción confiable de corrientes altas, especialmente durante condiciones de cortocircuito. El proceso implica la interacción entre los contactos principales, los contactos de arco y una boquilla de PTFE (Politetrafluoroetileno), que guía el flujo de gas SF6 comprimido para extinguir el arco. A continuación se presenta una explicación detallada del proceso de extinción de arco, paso a paso:
Estado Inicial: Contactos Principales Abiertos, Corriente Comutada a los Contactos de Arco
Contactos Principales: Los contactos principales, que son más grandes y están diseñados para soportar la corriente de carga normal, están colocados concéntricamente fuera de los contactos de arco. En este estado inicial, los contactos principales ya se han abierto, y la corriente ha sido transferida (comutada) a los contactos de arco.
Contactos de Arco: Los contactos de arco son más pequeños y están diseñados específicamente para manejar las altas temperaturas y presiones generadas durante el arco. Están a punto de abrirse, y al hacerlo, se encenderá un arco entre ellos.
Encendido del Arco: Los Contactos de Arco Comienzan a Separarse
A medida que los contactos de arco comienzan a separarse, la corriente continúa fluyendo a través del pequeño espacio entre ellos, formando un arco. En este punto, el arco aún es relativamente estable, y la boquilla de PTFE, que está fija al contacto móvil, comienza a guiar el gas SF6 comprimido desde el volumen del soplador hacia el arco.
El flujo de gas está inicialmente limitado porque la sección transversal del arco puede ser grande, especialmente con corrientes de cortocircuito altas. Este fenómeno, donde la sección transversal del arco es mayor que el diámetro de la garganta de la boquilla, se conoce como atasco de corriente. Durante el atasco de corriente, el flujo de gas está parcialmente bloqueado por el arco, impidiendo que enfrié el arco eficazmente.
Aumento de la Presión del Gas y Confinamiento del Arco
Movimiento Mecánico y Transferencia de Calor: A medida que los contactos de arco continúan separándose, el movimiento mecánico de los contactos comprime aún más el gas SF6 en el volumen del soplador. Además, el calor del arco se transfiere al gas, causando un aumento rápido de su temperatura. Esta combinación de compresión mecánica y transferencia de calor lleva a un aumento significativo de la presión del gas dentro del volumen del soplador.
Aproximación al Paso por Cero de la Corriente: A medida que el arco se acerca a su cruce natural por cero (el punto donde la corriente alterna pasa por cero), la sección transversal del arco comienza a disminuir. Esta reducción en el tamaño del arco permite que el gas SF6 comprimido fluya más libremente a través de la boquilla.
Potente Soplo de Gas: Justo cuando los contactos de arco se separan completamente, el gas comprimido en el volumen del soplador se libera a través de la boquilla, creando un potente soplo que golpea directamente el arco. Este flujo de gas de alta velocidad enfría rápidamente el arco, lo estira y desintegra el plasma ionizado, llevando a la extinción del arco.
Extinción del Arco y Recuperación de la Resistencia Dieléctrica
Extinción del Arco: Una vez que el arco se extingue en el cruce por cero de la corriente, el flujo de corriente cesa, y el arco ya no existe. La ausencia del arco significa que la fuente de calor se elimina, permitiendo que el gas SF6 se enfríe.
Recombinación de Partículas de Gas: Después de que el arco se extingue, las partículas de gas SF6 descompuestas (como SF4, S2F10, etc.) comienzan a recombinarse, restaurando la estructura química original del SF6. Este proceso de recombínación también restaura las propiedades aislantes del gas.
Recuperación de la Resistencia Dieléctrica: La rápida recombínación de las partículas de gas y el enfriamiento del gas llevan a una rápida recuperación de la resistencia dieléctica entre los contactos. Esto asegura que el arco no se reencienda cuando el voltaje entre los contactos aumenta después de que la corriente ha pasado por cero.
Detención del Movimiento de los Contactos: Con el arco extinguido y la resistencia dieléctica restaurada, el movimiento de los contactos se detiene. La presión del gas dentro del interruptor de circuito (IC) entonces se estabiliza, y el sistema vuelve a un estado normal y no conductor.
Puntos Clave a Tener en Cuenta:
Atasco de Corriente: Con corrientes de cortocircuito altas, la sección transversal del arco puede ser mayor que el diámetro de la garganta de la boquilla, bloqueando temporalmente el flujo de gas. Este fenómeno se llama atasco de corriente. A pesar de esto, la presión del gas continúa aumentando debido a la compresión mecánica y la transferencia de calor del arco.
Volumen del Soplador y Diseño de la Boquilla: El volumen del soplador es un componente crucial que almacena el gas SF6 comprimido, que luego se libera a través de la boquilla de PTFE. La boquilla está diseñada para dirigir el flujo de gas precisamente sobre el arco, asegurando un enfriamiento y extinción de arco efectivos.
Rápida Recuperación de la Resistencia Dieléctica: Una de las principales ventajas del gas SF6 es su capacidad para recuperar rápidamente sus propiedades aislantes después de que el arco se extingue. Esto asegura que el interruptor de circuito pueda interrumpir corrientes altas sin riesgo de reencendido del arco.
Conclusión
El proceso de extinción de arco en un interruptor de circuito de SF6 de tipo soplador es un método altamente eficiente y confiable para interrumpir corrientes altas, especialmente durante condiciones de cortocircuito. La combinación de compresión mecánica, flujo de gas y las propiedades únicas del gas SF6 aseguran que el arco se extinga rápidamente y que la resistencia dieléctica entre los contactos se recupere rápidamente. Este diseño permite que el interruptor de circuito maneje corrientes de falla grandes mientras mantiene la integridad y seguridad del sistema eléctrico.
