Interrupção de puffer em disjuntor HV a gás

Explicação Detalhada do Processo de Extinção de Arco em um Disjuntor SF6 do Tipo Puffer

Em um disjuntor SF6 do tipo puffer, o processo de extinção de arco é um mecanismo crítico que garante a interrupção confiável de correntes elevadas, especialmente durante condições de curto-circuito. O processo envolve a interação entre os contatos principais, os contatos de arco e uma bocal de PTFE (Politetrafluoretileno), que guia o fluxo de gás SF6 comprimido para extinguir o arco. Abaixo está uma explicação detalhada do processo de extinção de arco, passo a passo:

1. Estado Inicial: Contatos Principais Abertos, Corrente Comutada para Contatos de Arco 

• Contatos Principais: Os contatos principais, que são maiores e projetados para conduzir a corrente de carga normal, estão posicionados concêntricamente fora dos contatos de arco. Neste estado inicial, os contatos principais já se abriram, e a corrente foi transferida (comutada) para os contatos de arco.

• Contatos de Arco: Os contatos de arco são menores e especificamente projetados para lidar com as altas temperaturas e pressões geradas durante o arco. Eles estão prestes a se abrir, e, ao fazê-lo, um arco se acenderá entre eles.

2. Ignição do Arco: Contatos de Arco Começam a Separar-se 

• Conforme os contatos de arco começam a se separar, a corrente continua a fluir através da pequena lacuna entre eles, formando um arco. Neste ponto, o arco ainda é relativamente estável, e o bocal de PTFE, que está fixado ao contato móvel, começa a guiar o gás SF6 comprimido do volume do puffer em direção ao arco.

• O fluxo de gás é inicialmente limitado porque a seção transversal do arco pode ser grande, especialmente em correntes de curto-circuito elevadas. Este fenômeno, onde a seção transversal do arco é maior que o diâmetro da garganta do bocal, é conhecido como entupimento de corrente. Durante o entupimento de corrente, o fluxo de gás é parcialmente bloqueado pelo arco, impedindo-o de resfriar o arco efetivamente.

3. Aumento da Pressão do Gás e Constricção do Arco 

• Movimento Mecânico e Transferência de Calor: Conforme os contatos de arco continuam a se separar, o movimento mecânico dos contatos comprime ainda mais o gás SF6 no volume do puffer. Além disso, o calor do arco é transferido para o gás, causando um aumento rápido na sua temperatura. Esta combinação de compressão mecânica e transferência de calor leva a um aumento significativo na pressão do gás dentro do volume do puffer.

• Aproximação do Cruzamento de Corrente Zero: Conforme o arco se aproxima de seu cruzamento natural de corrente zero (o ponto onde a corrente alternada passa por zero), a seção transversal do arco começa a diminuir. Esta redução no tamanho do arco permite que o gás SF6 comprimido flua mais livremente através do bocal.

• Jato Poderoso de Gás: Assim que os contatos de arco se separam completamente, o gás comprimido no volume do puffer é liberado através do bocal, criando um jato poderoso que sopra diretamente sobre o arco. Este fluxo de gás de alta velocidade resfria o arco rapidamente, estende-o e perturba o plasma ionizado, levando à extinção do arco.

4. Extinção do Arco e Recuperação da Resistência Dielétrica 

• Extinção do Arco: Uma vez que o arco é extinto no cruzamento de corrente zero, o fluxo de corrente cessa, e o arco não existe mais. A ausência do arco significa que a fonte de calor é removida, permitindo que o gás SF6 esfrie.

• Recombinação de Partículas de Gás: Após a extinção do arco, as partículas de gás SF6 decompostas (como SF4, S2F10, etc.) começam a se recombinar, restaurando a estrutura química original do SF6. Este processo de recombinação também restaura as propriedades isolantes do gás.

• Recuperação da Resistência Dielétrica: A rápida recombinação das partículas de gás e o resfriamento do gás levam a uma rápida recuperação da resistência dielétrica entre os contatos. Isso garante que o arco não se reinicie quando a tensão entre os contatos aumenta após a corrente ter passado por zero.

• Movimento dos Contatos Cessa: Com o arco extinto e a resistência dielétrica restaurada, o movimento dos contatos cessa. A pressão do gás dentro do disjuntor (CB) então se estabiliza, e o sistema retorna a um estado normal e não condutivo.

Pontos Chave a Observar:

• Entupimento de Corrente: Em correntes de curto-circuito elevadas, a seção transversal do arco pode ser maior que o diâmetro da garganta do bocal, bloqueando temporariamente o fluxo de gás. Este fenômeno é chamado de entupimento de corrente. Apesar disso, a pressão do gás continua a aumentar devido à compressão mecânica e à transferência de calor do arco.

• Volume do Puffer e Design do Bocal: O volume do puffer é um componente crucial que armazena o gás SF6 comprimido, que é então liberado através do bocal de PTFE. O bocal é projetado para direcionar o fluxo de gás precisamente sobre o arco, garantindo o resfriamento efetivo e a extinção do arco.

• Rápida Recuperação da Resistência Dielétrica: Uma das principais vantagens do gás SF6 é sua capacidade de recuperar rapidamente suas propriedades isolantes após a extinção do arco. Isso garante que o disjuntor possa interromper correntes elevadas de forma segura, sem risco de reacendimento do arco.

Conclusão

O processo de extinção de arco em um disjuntor SF6 do tipo puffer é um método altamente eficiente e confiável para interromper correntes elevadas, especialmente durante condições de curto-circuito. A combinação de compressão mecânica, fluxo de gás e as propriedades únicas do gás SF6 assegura que o arco seja extinto rapidamente e que a resistência dielétrica entre os contatos seja rapidamente restaurada. Este design permite que o disjuntor lide com grandes correntes de falha, mantendo a integridade e a segurança do sistema elétrico.