Interruptor de circuit amb aire

En un interruptor de circuito de aire, l'arc s'inicia i s'extingeix en aire substancialment estàtic mentre l'arc es mou. Aquests interruptors s'utilitzen per a baixes tensions, generalment fins a 15 kV, amb capacitats de ruptura de 500 MVA. Com a mitjà d'extinció d'arc, els interruptors de circuit d'aire ofereixen diverses avantatges sobre l'oli, incloent:

• Eliminació dels riscos i manteniment associats a l'ús d'oli.

• Absència d'estressament mecànic causat per la pressió del gas i el moviment de l'oli.

• Eliminació dels costos derivats de la substitució regular d'oli deguda a la seva deterioració per les operacions successives de ruptura.

Els interruptors de circuit d'aire, la separació del contacte i l'extinció de l'arc ocorren en aire a pressió atmosfèrica, utilitzant el principi de resistència elevada. L'arc es dilata a través de conductors d'arc i canalitzacions, mentre que la resistència de l'arc s'incrementa a través de la divisió, refredament i allargament.

La resistència de l'arc s'incrementa fins que la caiguda de tensió a través de l'arc supera la tensió del sistema, extingint l'arc al punt zero de corrent de l'ona AC.

Els interruptors de circuit d'aire s'utilitzen en circuits DC i AC fins a 12.000 V. Normalment de tipus interior, s'instalen en panells verticals o quadres de distribució interior extraïbles, ampliament aplicats en quadres de distribució interior de mitja i baixa tensió per a sistemes AC.

Interruptor de Circuit d'Aire de Tipus Simple

La variant més simple disposa de dos contactes en forma de corn. L'arcing inicialment ocorre a través de la distància més curta entre els corns i és progressivament impulsat cap amunt per les corrents de convecció de l'aire calentat per l'arc i la interacció dels camps magnètics i elèctrics. Quan els corns es separan completament, l'arc s'allarga de punta a punta, assolint l'allargament i el refredament.

El procés relativament lent i el risc de propagació de l'arc a components metàl·lics adjacents limiten la seva aplicació a aproximadament 500 V i circuits de baixa potència.

Interruptor de Circuit d'Aire de Tipus Sopar Magnètic

Utilitzat en circuits amb tensions fins a 11 kV, l'extinció de l'arc en alguns interruptors de circuit d'aire s'aconsegueix mitjançant un camp magnètic generat per bobines de sopar connectades en sèrie amb el circuit interromput. Aquestes bobines mouen l'arc cap a les canalitzacions—no extingeixen l'arc elles mateixes. Dins les canalitzacions, l'arc s'allarga, es refreda i s'extingeix. Les proteccions d'arc preven la propagació de l'arc a xarxes adjacents.

Polaritat, Canalitzacions d'Arc i Detalls Operatius dels Interruptors de Circuit d'Aire
Importància de la Polaritat de la Bobina

La polaritat correcta de la bobina és crítica per dirigir l'arc cap amunt, utilitzant forces electromagnètiques per millorar el moviment de l'arc. Aquest principi es converteix en més efectiu amb corrents de fallada més altes, permetent a aquests interruptors aconseguir capacitats de ruptura més altes.

Funcionalitat de les Canalitzacions d'Arc

Una canalització d'arc és un dispositiu clau per l'extinció de l'arc en aire, desempenyant tres rols interrelacionats:

• Confinament de l'Arc: Restringeix l'arc a un espai definit, prevenint la propagació no controlada.

• Control Magnètic: Guia el moviment de l'arc a través de camps magnètics per facilitar l'extinció dins de la canalització.

• Refredament Ràpid: Desionitza els gasos d'arc a través d'un refredament intens, assegurant l'extinció de l'arc.

Disseny de l'Interruptor de Circuit d'Aire amb Canalització d'Arc

Per a circuits de baixa i mitja tensió, aquest interruptor disposa de:

• Jocs de Contactes Duals:

• Contactes Principals: Basats en cobre, plaquats amb plata per una baixa resistència, conduint la corrent normal en posició tancada.

• Contactes Auxiliars (d'Arc): Allot de cobre resistent a la calor, dissenyat per suportar l'arcing durant la interrupció de fallada. Es tanquen abans i s'obre després dels contactes principals per protegir-los de danys.

• Mecanisme de Sopar: Insersions d'acer a les canalitzacions d'arc creen camps magnètics que acceleren el moviment de l'arc cap amunt. Aquestes plaques divideixen l'arc en una sèrie d'arcs curts, incrementant la caiguda total de tensió (caigudes anòda + catedra) a través dels arcs. Si aquesta suma supera la tensió del sistema, l'arc s'extingeix ràpidament.

• Acció de Refredament: El contacte de l'arc amb plaques d'acer fresques refreda i desionitza l'arc ràpidament, ajudat per forces naturals o de sopar magnètic.

Principi de Funcionament

• Ocurrència de Fallada: Els contactes principals es separen primer, desplaçant la corrent als contactes d'arc.

• Formació de l'Arc: En separat els contactes d'arc, un arc es forma entre ells.

• Moviment de l'Arc: Forces electromagnètiques i tèrmiques porten l'arc cap amunt a través de conductors d'arc.

• Divisió i Extinció de l'Arc: L'arc es divideix per plaques divisories, s'allarga, es refreda i es desionitza, conduint a l'extinció.

Aplicacions

• Auxiliars de Centrals Elèctriques i Plantes Industrials: Adequat per a entorns que requereixen la mitigació de riscos d'incendi o explosió.

• Sistemes DC: Utilitzen l'allargament d'arc, conductors d'arc i sopar magnètic per a interruptors fins a 15 kV.

Limitació

• Ineficiència a Baixes Corrents: Les canalitzacions d'arc són menys efectives a baixes corrents degut a camps electromagnètics més febles, causant un moviment més lent de l'arc cap a la canalització i possiblement una interrupció retardada.

Aquest disseny equilibra simplicitat i fiabilitat per a aplicacions de mitja/baixa tensió, encara que el seu rendiment varia amb la magnitud de la corrent.