A extinção do arco em disjuntores é um processo crítico para garantir a segurança elétrica e a confiabilidade do sistema , especialmente em disjuntores miniatura (MCBs ) usados em aplicações de baixa tensão.
Durante uma interrupção por curto-circuito , a separação dos contatos gera um arco elétrico. Este arco é altamente dinâmico e influenciado por forças eletromagnéticas, geometria da rampa de arco e design de material.
Compreender como as calhas de arco extinguem os arcos é essencial para melhorar o desempenho, a durabilidade e a capacidade de proteção do disjuntor.
Uma vez formado um arco, a corrente que flui através dele gera um campo magnético. O arco se comporta como um condutor condutor de corrente e é impulsionado pela força de Lorentz :
F = I × B
Esta força faz com que o arco se mova, normalmente em direção à calha do arco , onde pode ser alongado, resfriado e extinto.
Devido à distribuição não uniforme do campo magnético , o arco sofre uma força direcional que o guia para dentro da estrutura da calha do arco.
O projeto da calha do arco é um dos fatores mais importantes na extinção do arco. Determina como o arco é capturado, guiado, alongado e segmentado.
Em disjuntores CA, entalhes em forma de U ou V são comumente usados na entrada da calha do arco.
Melhorar a captura de arco na entrada
Promova o alongamento do arco
Habilitar divisão de arco entre placas divisoras
Adicionar um slot central melhora o controle do arco:
Melhora a estabilidade da orientação do arco
Garante o alongamento controlado do arco antes da divisão
Fornece desempenho consistente sob diferentes condições atuais
A extinção do arco DC é mais desafiadora devido à ausência de cruzamento de corrente por zero.
Força um caminho de arco em zigue-zague
Aumenta o comprimento e a tensão do arco
Promove a segmentação precoce do arco
Reduz a estabilidade do arco para uma extinção mais rápida
Ferramentas de simulação como o ANSYS mostram como as forças eletromagnéticas afetam o comportamento do arco durante a interrupção.
No momento em que os contatos se separam, o arco sofre uma força líquida ascendente em direção à entrada da calha do arco.
Os campos magnéticos não são uniformes devido à geometria do condutor e aos materiais ferromagnéticos
Maior densidade de fluxo magnético aparece perto das curvas e da entrada do arco
A força de Lorentz resultante conduz o arco para dentro da calha do arco
À medida que a posição do arco muda:
A distribuição do fluxo magnético varia
O vetor de força que atua no arco muda
No entanto, o efeito global permanece consistente:
O arco é continuamente conduzido para dentro da calha do arco, onde é alongado e segmentado até a extinção
O teste de curto-circuito fornece validação do desempenho de extinção de arco em disjuntores.
As medidas típicas incluem:
Corrente de curto-circuito
Tensão de recuperação transitória (TRV)
Padrões de erosão da calha de arco
Tempo de ruptura: 3,0 ms, corrente: 3670 A
→ Alta energia do arco, oscilações fortes, erosão severa
Tempo de ruptura: 3,0 ms, corrente: 2790 A
→ Transferência e segmentação frequente do arco, erosão localizada
Tempo de ruptura: 2,8 ms, corrente: ~2790 A
→ Comportamento mais suave do arco, erosão mais uniforme
Tempo de interrupção: 3,0 ms, corrente: 2.810 A
→ Fixação de arco estável, TRV mínimo, erosão controlada
O design da rampa de arco impacta diretamente o desempenho da extinção do arco
O comportamento do arco é controlado pela geometria e pelas forças eletromagnéticas
Entalhes U/V, slots centrais e slots escalonados desempenham funções diferentes
Simulação e testes juntos melhoram a eficiência e a confiabilidade do projeto do disjuntor
