Comprensione del meccanismo di interruzione dell'interruttore automatico: quattro processi chiave nell'interruzione della corrente dell'interruttore automatico

Perché meno archi non sono sempre migliori?

Molte persone pensano istintivamente: 'L'arco elettrico è problematico: non sarebbe meglio se non ci fosse alcun arco?'.
Nei sistemi AC, tuttavia, la realtà è esattamente l'opposto.

Se i contatti si separassero e interrompessero forzatamente la corrente , l'energia immagazzinata nell'induttanza del circuito verrebbe trasferita istantaneamente alle capacità parassite. Ciò può creare pericolose sovratensioni e portare anche a fenomeni di riaccensione.

Un arco controllato si comporta come un interruttore controllabile: permette all'energia del carico di essere rilasciata in modo ordinato e reimmessa alla fonte di alimentazione, per poi spegnersi al passaggio dello zero di corrente favorevole . Solo dopo che l'interruttore ha resistito e dissipato con successo la tensione di ripristino transitorio (TRV) il sistema può essere considerato ripristinato in modo reale e sicuro.

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I quattro processi chiave dell'interruzione del cambio

Il processo di interruzione di un apparecchio di commutazione può essere descritto dalle seguenti quattro fasi:

• Separazione dei contatti → Innesco dell'arco

• Mantenimento dell'arco fino al 'tempo minimo dell'arco'

• Zero corrente → Deionizzazione → Estinzione dell'arco

• Aspetto e resistenza della TRV → Decadimento transitorio alla tensione di ripristino (RV)

Figura 1: I quattro processi di interruzione

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1. Separazione dei contatti e innesco dell'arco

Quando i contatti iniziano a separarsi, rimangono ancora piccoli ponti di contatto. La densità di corrente locale diventa estremamente elevata, provocando la fusione, vaporizzazione e ionizzazione del materiale di contatto . Un canale di plasma, ovvero un arco elettrico , si forma all'interno del mezzo di estinzione dell'arco (aria, olio, SF₆ o vapore metallico nel vuoto).

Questo processo non indica perdita di controllo. Trasferisce invece l'energia in un canale conduttivo gestibile , prevenendo un aumento immediato di sovratensione eccessiva. Lo scopo di questa fase è creare una distanza di contatto e condizioni di raffreddamento sufficienti per la successiva estinzione dell'arco.

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2. Mantenimento dell'arco e feedback energetico

Durante questa fase la corrente continua a fluire attraverso l'arco. L'energia magnetica immagazzinata nel carico, tipicamente induttiva, viene gradualmente restituita alla fonte di alimentazione attraverso l'arco.

Gli interruttori automatici utilizzano varie tecniche di controllo dell'arco, come:

• Getto di gas o flusso d'olio per rimuovere i mezzi ionizzati

• Soffio magnetico per allungare e dividere l'arco

• Diffusione rapida dei vapori metallici in ambienti sotto vuoto

L'esperienza e i test dimostrano che una durata minima dell'arco e una sufficiente separazione dei contatti sono essenziali affinché l'interruttore sia in grado di raggiungere una vera interruzione al prossimo zero di corrente.

Figura 2: Durata minima dell'arco di un apparecchio di commutazione trifase

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3. Zero corrente ed estinzione dell'arco di deionizzazione

Quando la corrente CA si avvicina allo zero, se il raffreddamento e la separazione dei contatti sono adeguati, l'arco si deionizza rapidamente , la rigidità dielettrica tra i contatti si ripristina rapidamente e l'arco si spegne al passaggio per lo zero. Allora la corrente è veramente interrotta.

È importante notare che l'interruzione non avviene semplicemente quando i contatti si separano . La vera interruzione si ottiene solo al momento dello zero corrente con una deionizzazione riuscita . La possibilità di completare l'interruzione al primo passaggio per lo zero è strettamente correlata al tempo minimo dell'arco nella fase precedente, alla velocità di apertura dei contatti, alla progettazione del campo di flusso e alla selezione del materiale.

Figura 3: RRRV e TRV

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4. Resistere alla TRV e stabilire la tensione di recupero

Dopo l'estinzione dell'arco, tensione transitoria di recupero (TRV) . sui contatti aperti appare immediatamente una Questa tensione è formata dalla sovrapposizione di componenti lato sorgente e lato carico e tipicamente presenta una forma d'onda oscillatoria multifrequenza.

L’interruttore deve resistere, entro limiti standardizzati:

• Il tasso di aumento della tensione di recupero (RRRV)

• Il fattore di amplificazione TRV di picco

In caso contrario, potrebbe verificarsi una riaccensione dell'arco prima del completo ripristino dielettrico. Man mano che il transitorio si dissipa, la tensione ritorna alla tensione di recupero della frequenza industriale (RV) . A questo punto il processo di interruzione è completo e le apparecchiature possono essere rimesse immediatamente in servizio.

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Conclusione

L'interruzione sicura da parte di un interruttore automatico dipende dalla corretta gestione dell'arco e dalla capacità di resistere al TRV . Quando l'arco è efficacemente controllato, l'energia viene rilasciata in modo uniforme, le sovratensioni vengono evitate e il sistema può davvero ritornare a una condizione operativa sicura e stabile.

Sono Eric , ingegnere elettrico nel team AISIKAI. Condividerò articoli tecnici su  e , interruttori automatici  altri dispositivi elettrici. Con 10 anni di esperienza in progetti elettrici, mi impegno a fornire soluzioni elettriche professionali.