Que é un arco eléctrico Arc en interruptor de circuito

Antes de entrar nos detalles das tecnoloxías de extinción do arco ou apagado do arco utilizadas en interruptores de circuito, deberíamos coñecer primeiro que é un arco realmente.

Que é un Arco?

Durante a abertura dos contactos que portan corrente nun interruptor de circuito, o medio entre os contactos que se abren tornase altamente ionizado, polo que a corrente de interrupción obtén unha via de baixa resistencia e continua fluindo por esta via incluso cando os contactos están fisicamente separados. Durante o fluxo da corrente dun contacto a outro, a via tornase tan calentada que brilla. Isto chámase arco.

Arco no Interruptor de Circuito

Cada vez que os contactos de corrente dun interruptor de circuito se abren, estabeleceuse un arco no interruptor de circuito entre os contactos que se separan.

En tanto que este arco permanece entre os contactos, a corrente a través do interruptor de circuito non será interrompida finalmente porque o arco mesmo é unha via conductora de electricidade. Para a interrupción total da corrente, é esencial apagar o arco o máis rápido posible. O criterio principal de deseño dun interruptor de circuito é proporcionar a tecnoloxía adecuada de extinción do arco no interruptor de circuito para cumprir a interrupción rápida e segura da corrente. Polo tanto, antes de pasar por diferentes técnicas de extinción do arco empregadas no interruptor de circuito, deberiamos tratar de entender que é un arco e a teoría básica do arco no interruptor de circuito, vamos discutilo.

Ionización Térmica do Gas

Hai números de electróns libres e íons presentes nun gas a temperatura ambiente debido aos raios ultravioleta, raios cósmicos e radioactividade da terra. Estes electróns libres e íons son tan poucos en número que son insuficientes para sustentar a conducción da electricidade. As moléculas de gas movéronse aleatoriamente a temperatura ambiente. Descubríuse que unha molécula de aire a unha temperatura de 300oK (temperatura ambiente) moveuse aleatoriamente cunha velocidade media aproximada de 500 metros/segundo e colisionou outras moléculas a unha taxa de 1010 veces/segundo.

Estas moléculas que se moven aleatoriamente colisionan con frecuencia entre si, pero a enerxía cinética das moléculas non é suficiente para extraer un electrón dos átomos das moléculas. Se a temperatura aumenta, o aire aquecerase e, en consecuencia, a velocidade das moléculas aumentará. Unha maior velocidade significa un maior impacto durante a colisión intermolecular. Nesta situación, algúns das moléculas disociáronse en átomos. Se a temperatura do aire aumenta máis, moitos átomos son privados de electróns de valencia e fan que o gas sexa ionizado. Entón, este gas ionizado pode conducir electricidade debido a suficientes electróns libres. Esta condición de calquera gas ou aire chámase plasma. Este fenómeno chámase ionización térmica do gas.

Ionización Debido á Colisión de Electróns

Como discutimos, sempre hai algunhas electróns libres e íons presentes no aire ou no gas, pero son insuficientes para conducir electricidade. Cada vez que estes electróns libres se topan cun forte campo eléctrico, diríxense cara a puntos de maior potencial no campo e adquiren suficientemente alta velocidade. En outras palabras, os electróns aceleranse na dirección do campo eléctrico debido ao alto gradiente de potencial. Durante o seu percorrido, estes electróns colisionan con outros átomos e moléculas do aire ou do gas e extraen electróns de valencia das súas órbitas.

Despois de ser extraídos dos átomos pai, os electróns tamén correrán na dirección do mesmo campo eléctrico debido ao gradiente de potencial. Estes electróns colisionarán de xeito semellante con outros átomos e crearán máis electróns libres que tamén serán dirigidos ao longo do campo eléctrico. Debido a esta acción conjugada, o número de electróns libres no gas será tan alto que o gas comezará a conducir electricidade. Este fenómeno coñécese como ionización do gas debido á colisión de electróns.

Desionización do Gas

Se todas as causas de ionización do gas son eliminadas dun gas ionizado, este volve rapidamente ao seu estado neutro mediante a recombinación das cargas positivas e negativas. O proceso de recombinación de cargas positivas e negativas coñécese como proceso de desionización. Na desionización por difusión, os íons negativos ou electróns e os íons positivos móvense cara as paredes baixo a influencia dos gradientes de concentración, completando así o proceso de recombinación.

Papel do Arco no Interruptor de Circuito

Cando dous contactos de corrente se abren, un arco ponteia a fenda de contacto a través da cal a corrente obtén unha via de baixa resistencia para fluir, polo que non haverá ningunha interrupción súbita da corrente. Como non hai ningún cambio súbito e abrupto na corrente durante a abertura dos contactos, non haverá ningunha tensión de comutación anormal no sistema. Se i é a corrente que fluye a través dos contactos xusto antes de abrirse, L é a inductancia do sistema, a tensión de comutación durante a abertura dos contactos, pode expresarse como V = L.(di/dt) onde di/dt é a taxa de cambio da corrente respecto ao tempo durante a abertura dos contactos. No caso da corrente alternativa, o arco extingúese monetariamente en cada cero de corrente. Despois de cruzar cada cero de corrente, o medio entre os contactos separados volvérase a ionizar durante o seguinte ciclo de corrente e o arco no interruptor de circuito volve establecerse. Para facer a interrupción completa e exitosa, debe prevenirse esta re-ionización entre os contactos separados despois dun cero de corrente.

Se o arco no interruptor de circuito está ausente durante a abertura dos contactos que portan corrente, havería unha interrupción súbita e abrupta da corrente que causaría unha enorme tensión de comutación suficiente para estresar gravemente a isolación do sistema. Por outro lado, o arco proporciona unha transición gradual pero rápida, desde o estado de portador de corrente ao estado de interrupción da corrente dos contactos.

Teoría de Interrupción, Apagado ou Extinción do Arco

Características da Columna de Arco

A alta temperatura, as partículas cargadas nun gas movéronse rapidamente e de xeito aleatorio, pero na ausencia dun campo eléctrico, non ocorre ningún movemento neto. Cada vez que se aplica un campo eléctrico no gas, as partículas cargadas gañan velocidade de deriva superposta sobre o seu movemento térmico aleatorio. A velocidade de deriva é proporcional ao gradiente de voltaxe do campo e a mobilidade da partícula. A mobilidade da partícula depende da masa da partícula, as partículas máis pesadas, menor a mobilidade. A mobilidade tamén depende das medias libres dispoñibles no gas para o movemento aleatorio das partículas. xa que cada vez que unha partícula colisiona, perde a súa velocidade direccional e ten que ser re-acelerada na dirección do campo eléctrico de novo. Polo tanto, a mobilidade neta das partículas reducise. Se o gas está a alta presión, tornase máis denso e, polo tanto, as moléculas de gas acercáronse máis unas ás outras, polo que as colisións ocorren con máis frecuencia, o que reduci a mobilidade das partículas. A corrente total polas partículas cargadas é directamente proporcional á súa mobilidade. Polo tanto, a mobilidade das partículas cargadas depende da temperatura, da presión do gas e tamén da natureza do gas. Novamente, a mobilidade das partículas de gas determina o grao de ionización do gas.

Así, a partir da explicación anterior, podemos dicir que o proceso de ionización do gas depende da natureza do gas (partículas de gas máis pesadas ou máis lixeiras), da presión do gas e da temperatura do gas. Como dixemos antes, a intensidade da columna de arco depende da presenza de un medio ionizado entre os contactos eléctricos separados, polo que debe prestar atención especial na redución da ionización ou no aumento da desionización do medio entre os contactos. É por iso que a característica principal de deseño do interruptor de circuito é proporcionar diferentes métodos de control de presión, métodos de refrixeración para diferentes medios de arco entre os contactos do interruptor de circuito.

Pérdida de Calor dun Arco

A pérdida de calor dun arco no interruptor de circuito produce a través da conducción, convección así como radiación. No interruptor de circuito con interrupción simple en aceite, arco en canles ou ranuras estreitas, case toda a pérdida de calor é debido á conducción. No interruptor de circuito de sopro de aire ou no interruptor onde hai un fluxo de gas entre os contactos eléctricos, a pérdida de calor do plasma de arco ocorre debido ao proceso de convección. A presión normal, a radiación non é un factor significativo, pero a alta presión a radiación pode converterse nun factor moi importante de dissipación de calor do plasma de arco. Durante a abertura dos contactos eléctricos, prodúcese o arco no interruptor de circuito e extingúese en cada cruce de cero da corrente e volve establecerse durante o seguinte ciclo. A extinción final do arco ou apagado do arco no interruptor de circuito lográse mediante un aumento rápido da resistencia dieléctrica no medio entre os contactos para que non poida reproducirse o arco despois do cruce de cero. Este aumento rápido da resistencia dieléctrica entre os contactos do interruptor de circuito lográse ou mediante a desionización do gas no medio de arco ou substituíndo o gas ionizado por gas fresco e frío.
Hai varios procesos de desionización aplicados para a extinción do arco no interruptor de circuito, vamos discuti-los brevemente.

Desionización do Gas Debido ao Aumento da Presión

Se a presión do camiño de arco aumenta, a densidade do gas ionizado aumenta, o que significa que as partículas no gas acercáronse máis unhas ás outras e, en consecuencia, a media libre de partículas reducíronse. Esto aumenta a taxa de colisións e, como discutimos anteriormente, en cada colisión, as partículas cargadas perden a súa velocidade direccional ao longo do campo eléctrico e son re-aceleradas cara ao campo. Pódese dicir que a mobilidade global das partículas cargadas reducíronse, polo que o voltaxe necesario para manter o arco aumenta. Outro efecto do aumento da densidade de partículas é unha taxa de desionización do gas máis alta debido á recombinación de partículas de carga oposta.

Desionización do Gas Debido á Disminución da Temperatura

A taxa de ionización do gas depende da intensidade do impacto durante a colisión de partículas de gas. A intensidade do impacto durante a colisión de partículas depende da velocidade dos movementos aleatorios das partículas. Este movemento aleatorio dunha partícula e a súa velocidade aumentan co aumento da temperatura do gas. Polo tanto, pódese concluir que se a temperatura dun gas aumenta, o seu proceso de ionización aumenta e a afirmación oposta tamén é verdadeira, é dicir, se a temperatura diminúe, a taxa de ionización do gas diminúe, o que significa que a desionización do gas aumenta. Polo tanto, é necesaria máis voltaxe para manter o plasma de arco cunha temperatura diminuída. Finalmente, pódese dicir que o refrixeramento aumenta eficazmente a resistencia do arco.
Diferentes tipos de interruptores de circuito empregan diferentes técnicas de refrixeramento que discutiremos posteriormente no curso de interruptores de circuito.

Declaración: Respete el original, artículos buenos merecen