Muitas pessoas pensam instintivamente: “A formação de arco é problemática – não seria melhor se não existisse arco algum?”
Em sistemas de CA, entretanto, a realidade é exatamente a oposta.
Se os contatos se separassem e interrompessem a corrente à força , a energia armazenada na indutância do circuito seria transferida instantaneamente para capacitâncias parasitas. Isto pode criar sobretensões perigosas e até mesmo levar a fenômenos de re-ataque.
Um arco controlado se comporta como uma chave controlável: ele permite que a energia da carga seja liberada de maneira ordenada e realimentada para a fonte de energia, e então se extingue em uma corrente favorável de cruzamento zero . Somente depois que o disjuntor suportar e dissipar com sucesso a Tensão de Recuperação Transiente (TRV) o sistema poderá ser considerado restaurado de forma verdadeira e segura.
O processo de interrupção de um dispositivo de comutação pode ser descrito pelas seguintes quatro etapas:
Separação de contato → Iniciação do arco
Manutenção do arco até o 'tempo mínimo de arco'
Corrente zero → Desionização → Extinção do arco
Aparência e resistência de TRV → Decadência transitória para tensão de recuperação (RV)
Figura 1: Os quatro processos de interrupção
Quando os contatos começam a se separar, ainda permanecem pequenas pontes de contato. A densidade de corrente local torna-se extremamente alta, fazendo com que o material de contato sofra fusão, vaporização e ionização . Um canal de plasma – um arco elétrico – é formado dentro do meio de extinção do arco (ar, óleo, SF₆ ou vapor metálico no vácuo).
Este processo não indica perda de controle. Em vez disso, transfere energia para um canal condutor gerenciável , evitando um aumento imediato de sobretensão excessiva. O objetivo desta etapa é criar lacunas de contato e condições de resfriamento suficientes para a subsequente extinção do arco.
Durante esta fase, a corrente continua a fluir através do arco. A energia magnética armazenada na carga – normalmente indutiva – é gradualmente realimentada para a fonte de energia através do arco.
Os disjuntores empregam várias técnicas de controle de arco, tais como:
Explosão de gás ou fluxo de óleo para remover meios ionizados
Blowout magnético para alongar e dividir o arco
Difusão rápida de vapor metálico em ambientes de vácuo
A experiência e os testes mostram que um tempo mínimo de arco e uma separação suficiente dos contatos são essenciais para que o disjuntor seja capaz de alcançar uma interrupção verdadeira no próximo zero da corrente.
Figura 2: Tempo mínimo de arco de um dispositivo de comutação trifásico
À medida que a corrente CA se aproxima de zero, se o resfriamento e a separação dos contatos forem adequados, o arco se desioniza rapidamente , a rigidez dielétrica entre os contatos se recupera rapidamente e o arco se extingue na passagem pelo zero. A corrente é então verdadeiramente interrompida.
É importante observar que a interrupção não ocorre simplesmente quando os contatos se separam . A verdadeira interrupção é alcançada apenas no momento da corrente zero com deionização bem-sucedida . Se a interrupção pode ser concluída no primeiro cruzamento por zero está intimamente relacionada ao tempo mínimo de arco no estágio anterior, à velocidade de abertura do contato, ao projeto do campo de fluxo e à seleção do material.
Figura 3: RRRV e TRV
Após a extinção do arco, uma Tensão de Recuperação Transiente (TRV) aparece imediatamente nos contatos abertos. Esta tensão é formada pela superposição de componentes do lado da fonte e do lado da carga e normalmente exibe uma forma de onda oscilatória multifrequencial..
O disjuntor deve suportar, dentro dos limites padronizados:
A taxa de aumento da tensão de recuperação (RRRV)
O fator de amplificação de pico do TRV
Caso contrário, a reignição do arco poderá ocorrer antes da recuperação dielétrica completa. À medida que o transiente se dissipa, a tensão retorna à Tensão de Recuperação (RV) de frequência industrial . Neste ponto, o processo de interrupção está concluído e o equipamento pode ser colocado novamente em serviço imediatamente.
A interrupção segura por um disjuntor depende do gerenciamento adequado do arco e da capacidade de suportar TRV . Quando o arco é controlado de forma eficaz, a energia é liberada suavemente, as sobretensões são evitadas e o sistema pode realmente retornar a uma condição operacional segura e estável.
Eu sou Eric , engenheiro elétrico da equipe AISIKAI. Compartilharei artigos técnicos sobre interruptores , , disjuntores e outros dispositivos elétricos. Com 10 anos de experiência em projetos elétricos, estou comprometido em fornecer soluções elétricas profissionais.
