Aprenda como a válvula de retenção e a válvula de alívio de pressão funcionam dentro da câmara de extinção de arco do disjuntor em tanque vivo de SF6 de sopro próprio, para interrupção de corrente em toda a faixa e energia de operação reduzida.
Âmbito de Aplicação: Disjuntores SF6 de tanque vivo para instalação ao ar livre que adotam o princípio de extinção de arco por auto-sopro (expansão térmica mais compressão auxiliar), equipados com mecanismos de operação por mola. Este documento corresponde à construção deste tipo de câmara de extinção de arco e está em conformidade com a definição técnica para o princípio de extinção de arco por autoenergia para disjuntores CA de alta tensão.
Disjuntores SF6 de tanque vivo na oficina
Para este tipo de disjuntor, o gás SF6 serve como meio isolante e extintor de arco. A câmara de extinção de arco aplica o princípio de extinção de arco por auto-sopro (expansão térmica por autoenergia + compressão auxiliar). Encapsulada dentro da bucha de suporte de porcelana, é a unidade interruptora principal do disjuntor.
Seus principais componentes incluem bucha de porcelana, base do contato fixo, contato principal fixo, contato de arco fixo, bocal, cilindro, contato de arco móvel, contato intermediário, base de suporte inferior e tirante isolante.
Existem duas câmaras funcionais dentro da câmara de extinção de arco, que são pré-requisitos para entender a operação da válvula:
As duas câmaras são conectadas através de passagens de válvula. Mediante o comando de abertura, a mola de abertura aciona conjuntos móveis rígidos, incluindo cilindro, contato de arco móvel e tirante, para se moverem para baixo.
Primeiramente, o contato principal fixo se separa do contato principal móvel, e a corrente de operação é transferida para os contatos de arco ainda fechados. Posteriormente, os contatos de arco se separam e geram o arco elétrico. Um fluxo direcional de gás SF6 gerado pela diferença de pressão entre as duas câmaras sopra e extingue o arco no zero da corrente CA.
A válvula de retenção e a válvula de alívio de pressão elástica controlam a direção do fluxo de gás entre as câmaras, bem como o limite superior de pressão da câmara de compressão de gás. Elas realizam uma interrupção confiável em toda a faixa de corrente e reduzem a demanda de energia de operação do mecanismo de operação por mola.
Nota Padrão: De acordo com a IEC 62271-100, os disjuntores devem passar por testes de interrupção de faixa total, cobrindo a corrente nominal de interrupção de curto-circuito, bem como condições de comutação de pequenas correntes indutivas e capacitivas. As duas válvulas são componentes críticos para eliminar a zona morta de interrupção.
Local de Instalação: Montada na passagem inferior da câmara de expansão térmica dentro do cilindro. Atua como elemento de controle liga-desliga entre a câmara de expansão térmica e a câmara de compressão de gás. Permite apenas o fluxo de gás em uma direção e abre e fecha automaticamente, acionada pela pressão diferencial através de seus dois lados, sem necessidade de atuação externa.
Função Principal: Alternar automaticamente a fonte de gás de sopro de acordo com a magnitude da corrente de interrupção, realizar o auto-sopro de expansão térmica para interrupção de alta corrente e o sopro de compressão auxiliar para interrupção de baixa corrente, e garantir uma pressão de sopro efetiva em toda a faixa de corrente.
Durante a interrupção de falha de curto-circuito, a energia do arco é enorme. O fluxo de gás SF6 de alta temperatura da zona do arco flui para a câmara de expansão térmica e se torna SF6 de alta pressão e baixa temperatura após a troca de calor. Quando a pressão da câmara de expansão térmica é maior que a da câmara de compressão de gás, a pressão diferencial pressiona a válvula de retenção firmemente fechada. Ela bloqueia o refluxo de gás para a câmara de compressão de gás e sela o gás de alta pressão gerado pela energia do arco dentro da câmara de expansão térmica.
No zero da corrente CA, o SF6 de alta pressão armazenado na câmara de expansão térmica sopra em alta velocidade em direção ao intervalo entre contatos. Ele resfria e varre o plasma, restaura rapidamente a rigidez dielétrica através do intervalo entre contatos abertos e completa a extinção do arco. Este é o modo de interrupção por auto-sopro de expansão térmica.
Sob condições de baixa corrente, a energia do arco é limitada e o aumento de pressão dentro da câmara de expansão térmica é insuficiente. A compressão contínua durante o movimento de abertura torna a pressão dentro da câmara de compressão de gás maior do que a da câmara de expansão térmica. A pressão diferencial empurra a válvula de retenção para abrir. O SF6 comprimido dentro da câmara de compressão de gás flui em direção ao intervalo de contato através da válvula de retenção.
Na passagem da corrente por zero, esse fluxo de ar de SF6 pressurizado extingue o arco, modo conhecido como interrupção por sopro de compressão auxiliar.
Resumo Breve: A válvula de retenção funciona como um seletor de fonte de gás acionado por pressão diferencial entre duas câmaras. Ela se trava para reter a pressão de autossopro da câmara de expansão térmica sob corrente de curto-circuito elevada; ela se abre para adotar gás comprimido da câmara de compressão de gás sob condição de baixa corrente. Elimina a zona morta de interrupção de baixa corrente do design de extinção de arco de autoenergia e garante capacidade de interrupção estável, variando da corrente nominal de curto-circuito até pequenas correntes de manobra.
Nota de Conformidade: O ensaio de tipo especificado na IEC 62271-100 inclui a verificação de interrupção em múltiplas amplitudes de corrente. A característica de pressão de abertura-fechamento desta válvula deve cobrir todos os níveis de corrente de ensaio para evitar pressão de sopro insuficiente e falha de interrupção durante a manobra de baixa corrente.
Local de Instalação: Instalada na parte inferior da câmara de compressão de gás dentro do cilindro, trabalhando em conjunto com a válvula de retorno de gás na base da câmara.
Aviso Importante: Esta válvula NÃO é o dispositivo de alívio de sobrepressão para a câmara de extinção de arco. É uma válvula reguladora de pressão operacional que é ativada durante cada operação normal de abertura. Ela apenas limita a pressão dentro da câmara de compressão de gás e NÃO liberará pressão para a câmara de expansão térmica.
Função Principal: Limitar a força de reação máxima da câmara de compressão de gás, reduzir substancialmente a energia de operação necessária do mecanismo de operação por mola, diminuir a carga mecânica nos componentes do mecanismo e melhorar a vida útil mecânica.
Processo de Funcionamento: Durante o curso de abertura, o movimento descendente do cilindro comprime continuamente o SF6 dentro da câmara de compressão de gás e a pressão interna aumenta gradualmente. Quando a pressão atinge o valor limite pré-ajustado, a força do gás supera a pré-carga da mola e levanta, abrindo a válvula elástica de alívio de pressão.
Em seguida, a câmara de compressão de gás opera em uma condição mista: o gás continua sendo comprimido enquanto o excesso de gás é descarregado para o exterior. A pressão da câmara é limitada próximo ao valor calibrado, em vez de subir sem limite.
O mecanismo de operação não precisa mais contrabalançar a força de reação do gás que aumenta acentuadamente, o que reduz enormemente a demanda de energia de operação de abertura e atenua o estresse mecânico nas molas, bielas, eixos rotativos e outras peças.
Resumo Breve: A válvula elástica de alívio de pressão atua como limitador de pressão e de força de reação para a câmara de compressão de gás. O sacrifício moderado da pressão limite superior para a câmara de compressão traz uma redução proeminente da energia de operação do mecanismo. Corresponde à capacidade de saída do mecanismo acionado por mola e realiza as características do produto de baixo requisito de potência de operação e alta confiabilidade.
Distinção Principal (Itens que causam confusão facilmente)
| Componente | Local de Instalação | Status durante a interrupção de alta corrente de curto-circuito | Status durante a interrupção de baixa corrente | Função Principal |
|---|---|---|---|---|
| Válvula de Retenção | Passagem que conecta a câmara de expansão térmica e a câmara de compressão de gás (seção inferior do cilindro) | Fechada; gás de alta pressão retido na câmara de expansão térmica para interrupção por autossopro | Aberta; gás comprimido fornecido a partir da câmara de compressão de gás para sopro auxiliar | Alternar a fonte de gás de sopro por pressão diferencial, garantindo interrupção confiável para toda a faixa de correntes |
| Válvula de Alívio de Pressão Elástica | Fundo da câmara de compressão de gás | Abre na pressão ajustada; ventila o excesso de gás da câmara de compressão para reduzir a força de reação do mecanismo | Abre na pressão ajustada; ventila o excesso de gás da câmara de compressão para reduzir a força de reação do mecanismo | Limitar a pressão máxima da câmara de compressão de gás, reduzir a energia de operação de abertura e proteger o mecanismo de operação |
A válvula de retenção governa o desempenho de sopro de extinção de arco. Para cenários de alta corrente e baixa corrente, ela seleciona a fonte de gás de sopro entre a autoenergia gerada pelo arco (câmara de expansão térmica) e a energia de compressão mecânica (câmara de compressão de gás), respectivamente. Ela evita a zona morta de interrupção de baixa corrente e garante o desempenho de interrupção de faixa completa, em conformidade com os requisitos de ensaio de tipo da norma IEC.
A válvula de alívio de pressão elástica governa o carregamento do mecanismo de operação. Ela confina a força de reação do gás da câmara de compressão de gás dentro de uma faixa controlável e previne a demanda excessiva de energia para o mecanismo de acionamento. Assim, a câmara de extinção de arco pode ser combinada com um mecanismo operado por mola compacto, com energia de saída relativamente baixa, alcançando características técnicas de estrutura compacta, baixa potência de operação requerida e alta confiabilidade.
A ação combinada dessas duas válvulas permite que a câmara de extinção de arco SF6 de autossopro realize o objetivo de projeto de equilibrar a excelente capacidade de interrupção e o mecanismo de acionamento leve.
Lembrete Suplementar de Conformidade: A IEC 62271-100 exige que os disjuntores passem na verificação de resistência elétrica C2 e resistência mecânica M2. A resistência à fadiga sob ciclos repetidos de abertura-fechamento para a válvula de retenção e a válvula de alívio de pressão é um item de avaliação importante no ensaio de tipo.
O pessoal de manutenção em campo jamais deve modificar a pré-carga da mola pré-definida dessas válvulas. Ajustes não autorizados alterarão a pressão de sopro e a energia de operação do mecanismo, podendo levar à falha de interrupção ou danos ao mecanismo.
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