Interruzione a pistone in interruttori ad alta tensione a gas
Spiegazione dettagliata del processo di spegnimento dell'arco in un interruttore a SF6 a soffietto
In un interruttore a SF6 a soffietto, il processo di spegnimento dell'arco è un meccanismo cruciale che garantisce l'interruzione affidabile di correnti elevate, specialmente durante condizioni di cortocircuito. Il processo coinvolge l'interazione tra i contatti principali, i contatti arco e un ugello di PTFE (Politetrafluoroetilene), che guida il flusso del gas SF6 compresso per estinguere l'arco. Di seguito è fornita una spiegazione dettagliata del processo di spegnimento dell'arco, passo dopo passo:
Stato iniziale: Contatti principali aperti, corrente commutata ai contatti arco
Contatti principali: I contatti principali, che sono più grandi e progettati per portare la corrente normale, sono posizionati concentricamente all'esterno dei contatti arco. In questo stato iniziale, i contatti principali si sono già aperti e la corrente è stata trasferita (commutata) ai contatti arco.
Contatti arco: I contatti arco sono più piccoli e specificamente progettati per gestire le alte temperature e pressioni generate durante l'arco. Stanno per aprirsi e, mentre lo fanno, si accenderà un arco tra di loro.
Accensione dell'arco: I contatti arco iniziano a separarsi
Mentre i contatti arco iniziano a separarsi, la corrente continua a fluire attraverso il piccolo gap tra di essi, formando un arco. A questo punto, l'arco è ancora relativamente stabile e l'ugello di PTFE, fissato al contatto mobile, inizia a guidare il gas SF6 compresso dal volume del soffietto verso l'arco.
Il flusso di gas è inizialmente limitato perché la sezione dell'arco può essere grande, specialmente a correnti di cortocircuito elevate. Questo fenomeno, dove la sezione dell'arco è maggiore del diametro della gola dell'ugello, è noto come ostruzione della corrente. Durante l'ostruzione della corrente, il flusso di gas è parzialmente bloccato dall'arco, impedendo che raffreddi efficacemente l'arco.
Aumento della pressione del gas e restrizione dell'arco
Movimento meccanico e trasferimento di calore: Mentre i contatti arco continuano a separarsi, il movimento meccanico dei contatti comprime ulteriormente il gas SF6 nel volume del soffietto. Inoltre, il calore dell'arco viene trasferito al gas, causando un rapido aumento della sua temperatura. Questa combinazione di compressione meccanica e trasferimento di calore porta a un significativo aumento della pressione del gas all'interno del volume del soffietto.
Avvicinamento allo zero di corrente: Mentre l'arco si avvicina al suo naturale zero di corrente (il punto in cui la corrente alternata passa attraverso lo zero), la sezione dell'arco inizia a diminuire. Questa riduzione della dimensione dell'arco permette al gas SF6 compresso di fluire più liberamente attraverso l'ugello.
Potente soffio di gas: Proprio quando i contatti arco si separano completamente, il gas compresso nel volume del soffietto viene rilasciato attraverso l'ugello, creando un potente soffio che colpisce direttamente l'arco. Questo flusso di gas ad alta velocità raffredda rapidamente l'arco, lo allunga e disperde il plasma ionizzato, portando all'estinzione dell'arco.
Estinzione dell'arco e recupero della resistenza dielettrica
Estinzione dell'arco: Una volta che l'arco si estingue al passaggio dello zero di corrente, il flusso di corrente cessa e l'arco non esiste più. L'assenza dell'arco significa che la sorgente di calore viene rimossa, consentendo al gas SF6 di raffreddarsi.
Ricombinazione delle particelle di gas: Dopo l'estinzione dell'arco, le particelle decomposte di gas SF6 (come SF4, S2F10, ecc.) iniziano a ricombinarsi, ripristinando la struttura chimica originale del SF6. Questo processo di ricombinazione ripristina anche le proprietà isolanti del gas.
Recupero della resistenza dielettrica: La rapida ricombinazione delle particelle di gas e il raffreddamento del gas portano a un rapido recupero della resistenza dielettrica tra i contatti. Ciò garantisce che l'arco non si riaccenda quando la tensione tra i contatti aumenta dopo il passaggio della corrente attraverso lo zero.
Fine del movimento dei contatti: Con l'arco estinto e la resistenza dielettrica ripristinata, il movimento dei contatti si ferma. La pressione del gas all'interno dell'interruttore (CB) si stabilizza quindi e il sistema torna a uno stato normale e non conduttivo.
Punti chiave da notare:
Ostruzione della corrente: A correnti di cortocircuito elevate, la sezione dell'arco può essere maggiore del diametro della gola dell'ugello, bloccando temporaneamente il flusso di gas. Questo fenomeno è chiamato ostruzione della corrente. Nonostante ciò, la pressione del gas continua a crescere a causa della compressione meccanica e del trasferimento di calore dall'arco.
Volume del soffietto e progettazione dell'ugello: Il volume del soffietto è un componente cruciale che immagazzina il gas SF6 compresso, che viene poi rilasciato attraverso l'ugello di PTFE. L'ugello è progettato per dirigere con precisione il flusso di gas sull'arco, assicurando un raffreddamento efficace e l'estinzione dell'arco.
Rapido recupero della resistenza dielettrica: Uno dei vantaggi chiave del gas SF6 è la sua capacità di ripristinare rapidamente le sue proprietà isolanti dopo l'estinzione dell'arco. Ciò garantisce che l'interruttore possa interrompere correnti elevate senza rischiare la riaccensione dell'arco.
Conclusione
Il processo di spegnimento dell'arco in un interruttore a SF6 a soffietto è un metodo altamente efficiente e affidabile per interrompere correnti elevate, specialmente durante condizioni di cortocircuito. La combinazione di compressione meccanica, flusso di gas e proprietà uniche del gas SF6 garantisce che l'arco venga rapidamente estinto e che la resistenza dielettrica tra i contatti sia ripristinata rapidamente. Questo design consente all'interruttore di gestire correnti di difetto elevate mantenendo l'integrità e la sicurezza del sistema elettrico.
