Disjuntor de Ar

Em um disjuntor de ar, o arco é iniciado e extinto em ar estático enquanto o arco se move. Esses disjuntores são usados para baixas tensões, geralmente até 15 kV, com capacidades de interrupção de 500 MVA. Como meio de extinção de arco, os disjuntores de ar oferecem várias vantagens sobre o óleo, incluindo:

• Eliminação de riscos e manutenção associados ao uso de óleo.

• Ausência de estresse mecânico causado pela pressão do gás e pelo movimento do óleo.

• Eliminação de custos decorrentes da substituição regular de óleo devido ao seu deterioramento por sucessivas operações de interrupção.

Nos disjuntores de ar, a separação dos contatos e a extinção do arco ocorrem no ar à pressão atmosférica, empregando o princípio de alta resistência. O arco é expandido através de corredores e chutes, enquanto a resistência do arco é aumentada por meio de divisão, resfriamento e alongamento.

A resistência do arco é aumentada até que a queda de tensão através do arco exceda a tensão do sistema, extinguindo o arco no ponto de zero de corrente da onda AC.

Os disjuntores de ar são usados em circuitos DC e AC de até 12.000 V. Geralmente de tipos internos, são instalados em painéis verticais ou em equipamentos de distribuição interna, sendo amplamente aplicados em equipamentos de média e baixa tensão para sistemas AC.

Disjuntor de Ar do Tipo Simples

A variante mais simples apresenta dois contatos em forma de chifre. O arco inicialmente ocorre na menor distância entre os chifres e é gradualmente impulsionado para cima pelas correntes de convecção do ar aquecido pelo arco e pela interação dos campos magnéticos e elétricos. À medida que os chifres se separam completamente, o arco se estende da ponta a ponta, alcançando alongamento e resfriamento.

O processo relativamente lento e o risco de propagação do arco para componentes metálicos adjacentes limitam sua aplicação a aproximadamente 500 V e circuitos de baixa potência.

Disjuntor de Ar do Tipo Sopro Magnético

Usado em circuitos com tensões de até 11 kV, a extinção do arco em alguns disjuntores de ar é alcançada por meio de um campo magnético proveniente de bobinas de sopro conectadas em série com o circuito interrompido. Essas bobinas movem o arco para os chutes - elas não extinguem o arco por si só. Nos chutes, o arco é alongado, resfriado e extinto. Escudos de arco impedem a propagação do arco para redes adjacentes.

Polaridade, Chutes de Arco e Detalhes Operacionais dos Disjuntores de Ar
Importância da Polaridade das Bobinas

A polaridade correta das bobinas é crucial para direcionar o arco para cima, aproveitando as forças eletromagnéticas para melhorar o movimento do arco. Este princípio torna-se mais eficaz com correntes de defeito mais altas, permitindo que tais disjuntores atinjam maiores capacidades de interrupção.

Funcionalidade dos Chutes de Arco

Um chute de arco é um dispositivo chave para a extinção do arco no ar, desempenhando três funções inter-relacionadas:

• Confinamento do Arco: Restringe o arco a um espaço definido, impedindo a propagação descontrolada.

• Controle Magnético: Guia o movimento do arco por meio de campos magnéticos para facilitar a extinção dentro do chute.

• Resfriamento Rápido: Desioniza os gases do arco através de resfriamento intenso, garantindo a extinção do arco.

Design do Disjuntor de Ar com Chute de Ar

Para circuitos de baixa e média tensão, este disjuntor possui:

• Duplos Conjuntos de Contatos:

• Contatos Principais: Baseados em cobre, revestidos de prata para baixa resistência, conduzindo a corrente normal na posição fechada.

• Contatos Auxiliares (de Arco): Liga de cobre resistente ao calor, projetada para suportar arcos durante a interrupção de defeitos. Eles fecham antes e abrem após os contatos principais para proteger os contatos principais de danos.

• Mecanismo de Sopro: Inserções de aço nos chutes de arco criam campos magnéticos que aceleram o movimento do arco para cima. Estas placas dividem o arco em uma série de arcos curtos, aumentando a queda total de tensão (quedas anódica + catódica) através dos arcos. Se esta soma exceder a tensão do sistema, o arco se extingue rapidamente.

• Ação de Resfriamento: O contato do arco com placas de aço frias resfria e desioniza o arco rapidamente, auxiliado por forças de sopro natural ou magnético.

Princípio de Funcionamento

• Ocorrência de Defeito: Os contatos principais se separam primeiro, transferindo a corrente para os contatos de arco.

• Formação do Arco: À medida que os contatos de arco se separam, um arco se forma entre eles.

• Movimento do Arco: Forças eletromagnéticas e térmicas impulsionam o arco para cima ao longo dos corredores de arco.

• Divisão e Extinção do Arco: O arco é dividido por placas divisoras, alongado, resfriado e desionizado, levando à extinção.

Aplicações

• Auxiliares de Usinas Elétricas e Plantas Industriais: Adequados para ambientes que requerem mitigação de riscos de incêndio/explosão.

• Sistemas DC: Empregam alongamento de arco, corredores e sopro magnético para disjuntores de até 15 kV.

Limitação

• Ineficiência em Baixas Correntes: Os chutes de arco são menos eficazes em correntes baixas devido a campos eletromagnéticos mais fracos, causando movimento mais lento do arco para o chute e potencialmente interrupção atrasada.

Este design equilibra simplicidade e confiabilidade para aplicações de média/baixa tensão, embora seu desempenho varie com a magnitude da corrente.