Interrupción de puffer en interruptores de alta tensión a gas

Explicación Detallada do Proceso de Apagado de Arco nun Interruptor SF6 Tipo Soprador

Nun interruptor SF6 tipo soprador, o proceso de apagado de arco é un mecanismo crítico que asegura a interrupción fiable de correntes altas, especialmente durante condicións de curto circuito. O proceso implica a interacción entre os contactos principais, os contactos de arco e un bocal de PTFE (Politetrafluoretileno), que dirixe o fluxo de gas SF6 comprimido para extinguir o arco. A continuación, atoparáse unha explicación detallada do proceso de apagado de arco, paso a paso:

1. Estado Inicial: Contactos Principais Abertos, Corrente Comutada aos Contactos de Arco 

• Contactos Principais: Os contactos principais, que son maiores e deseñados para transportar a corrente de carga normal, están colocados concéntricamente fóra dos contactos de arco. Neste estado inicial, os contactos principais xa se abriran, e a corrente foi transferida (comutada) aos contactos de arco.

• Contactos de Arco: Os contactos de arco son menores e deseñados específicamente para manexar as altas temperaturas e presións xeradas durante o arco. Están a punto de abrirse, e cando o fan, un arco se encenderá entre eles.

2. Encendido do Arco: Os Contactos de Arco Comezan a Separarse 

• Cando os contactos de arco comezan a separarse, a corrente segue fluindo a través da pequena brecha entre eles, formando un arco. Neste punto, o arco aínda é relativamente estable, e o bocal de PTFE, que está fixado ao contacto móbil, comeza a guiar o gas SF6 comprimido dende o volume do soprador cara o arco.

• O fluxo de gas está inicialmente limitado porque a sección transversal do arco pode ser grande, especialmente a correntes de curto circuito altas. Este fenómeno, onde a sección transversal do arco é maior que o diámetro da garganta do bocal, coñécese como obstrución de corrente. Durante a obstrución de corrente, o fluxo de gas está parcialmente bloqueado polo arco, impedindo que refresque eficazmente o arco.

3. Aumento da Presión de Gas e Restricción do Arco 

• Movimento Mecánico e Transferencia de Calor: Cando os contactos de arco continúan separándose, o movimento mecánico dos contactos comprime adicionalmente o gas SF6 no volume do soprador. Ademais, o calor do arco transfírese ao gas, causando un aumento rápido da súa temperatura. Esta combinación de compresión mecánica e transferencia de calor leva a un aumento significativo da presión de gas dentro do volume do soprador.

• Aproximación ao Cruce de Corrente Cero: Cando o arco se aproxima ao seu cruce natural de corrente cero (o punto onde a corrente alternativa pasa por cero), a sección transversal do arco comeza a diminuír. Esta redución no tamaño do arco permite que o gas SF6 comprimido flua máis libremente a través do bocal.

• Potente Sopapo de Gas: Xusto cando os contactos de arco se separan completamente, o gas comprimido no volume do soprador libérase a través do bocal, creando un potente sopapo que incide directamente no arco. Este fluxo de gas de alta velocidade enfría rapidamente o arco, estiráno e disrumpa o plasma ionizado, levando á extinción do arco.

4. Extinción do Arco e Recuperación da Resistencia Dieléctrica 

• Extinción do Arco: Unha vez que o arco se extingue no cruce de corrente cero, o fluxo de corrente cesa, e o arco xa non existe. A ausencia do arco significa que a fonte de calor foi eliminada, permitindo que o gas SF6 se enfreque.

• Recombinación de Partículas de Gas: Despois de que o arco se extingue, as partículas de gas SF6 descompuestas (como SF4, S2F10, etc.) comezan a recombinarse, restabelecendo a estrutura química orixinal do SF6. Este proceso de recombinación tamén restaura as propiedades aislantes do gas.

• Recuperación da Resistencia Dieléctrica: A rápida recombinación de partículas de gas e o enfríu do gas levan a unha rápida recuperación da resistencia dieléctrica entre os contactos. Isto asegura que o arco non se reencenda cando a tensión entre os contactos aumenta despois de que a corrente pase por cero.

• Parada do Movimento dos Contactos: Con o arco extinguido e a resistencia dieléctrica restaurada, o movemento dos contactos pára. A presión de gas dentro do interruptor (CB) entón estabilízase, e o sistema volve a un estado normal, non conductor.

Puntos Clave a Tener en Conta:

• Obstrución de Corrente: A correntes de curto circuito altas, a sección transversal do arco pode ser maior que o diámetro da garganta do bocal, bloqueando temporalmente o fluxo de gas. Este fenómeno chámase obstrución de corrente. A pesar disto, a presión de gas continua aumentando debido á compresión mecánica e á transferencia de calor do arco.

• Volume do Soprador e Diseño do Bocal: O volume do soprador é un compoñente crucial que almacena o gas SF6 comprimido, que logo se libera a través do bocal de PTFE. O bocal está deseñado para dirixir o fluxo de gas precisamente sobre o arco, asegurando un refresco eficaz e a extinción do arco.

• Rápida Recuperación da Resistencia Dieléctrica: Unha das vantaxes clave do gas SF6 é a súa capacidade de recuperar rapidamente as súas propiedades aislantes despois de que o arco se extingue. Isto asegura que o interruptor pode interromper correntes altas de xeito seguro sen risco de reencendido do arco.

Conclusión

O proceso de apagado de arco dun interruptor SF6 tipo soprador é un método altamente eficiente e fiable para interromper correntes altas, especialmente durante condicións de curto circuito. A combinación de compresión mecánica, fluxo de gas e as propiedades únicas do gas SF6 aseguran que o arco se extingue rapidamente e a resistencia dieléctrica entre os contactos recupérase rapidamente. Este deseño permite que o interruptor maneje grandes correntes de fallo mantendo a integridade e a seguridade do sistema eléctrico.