Camere de stingere ale arcului

electric.

Conditii necesare întreruperii circuitelor

Medii de stingere

Tehnica întreruperii circuitelor in functie de mediul de stingere

a.    Aerul atmosferic mediu de stingere al arcului electric

i. Efectul de electrod si nisa

ii. Suflaj magnetic . Pereti reci

b.    Vidul mediu de stingere al arcului

c.     Rupere în ulei

d.    Rupere în SF₆

e.     Materialul granulat

Conditii necesare întreruperii circuitelor electrice.

Întrerupere ideala

Rezistenta acestui întrerupator trebuie sa treaca instantaneu din zero în valoare infinita.

Timpul fizic de întrerupere trebuie sa fie de ordinul micro pâna la 1 ms. când dt tinde spre zero supratensiunile Ldi/dt tind la infinit

Dezavantaj -supratensiunile Ldi/dt   tind la infinit când dt tinde spre zero. Efecte -strapungerea mediului dintre contacte- formarea arcului electric in spatiul dintre contacte sub forma unui canal

Actiune mediului Daca mediul dintre contacte actioneaza cu o energie mare asupra acestui canal reuseste sa-l stranguleze si arcul se stinge.

Energia necesara strangularii canalului ionizat raportata la purtatorii de sarcina din acest canal poarta denumirea de tensiune de refacere dielectrica sau tensiune de tinere

Conditii de strangulare intre tensiunea ce stranguleaza canalul U_d si tensiunea ce mentine acest canal.(tensiunea tranzitorie de restabilire U _r) .

tensiunea de arc si tensiunea de restabilire . U_a(t) sa fie superioara tensiunii oscilante de restabilire U_r(t);

corelarea intre tensiunea de tinere si tensiunea de restabilire. U_t(t) sa fie superioara tensiunii oscilante de restabilire U_r(t).

Tensiuni la trecerea prin zero a curentului  

viteza de crestere a tensiunea de tinere > viteza de crestere a TTR

Parametrii ai tensiunii tranzitorii de restabilire(CEI 60056 )

Corelari ale tensiunilor la stingerea arcului

Caracteristicile mediului de stingere:

sa aiba o conductivitate termica ridicata în special în faza de stingere a arcului electric (l mare la T mare) ;

sa aiba o tensiune de refacere a dielectricului (tinere) cât mai ridicata cu un timp de refacere dielectrica cât mai redus ;

la temperaturi înalte sa prezinte o conductivitate electrica ridicata pentru a reduce la minim rezistenta arcului electric. Reducerea rezistentei arcului implica pierderi Joule - Lentz reduse în coloana de arc deci energie mica a coloanei arcului;

la temperaturi joase conductivitatea electrica trebuie sa fie cât mai redusa, apropiata de a materialului izolant pentru a face cât mai simpla restabilirea tensiunii.

Calitatea de material izolant a unui mediu este masurata prin tensiunea de strapungere dielectrica dintre contacte care depinde de presiunea si distanta dintre electrozi.

Curbele lui Paschen prezinta tensiunea de strapungere (în KV) functie de distanta dintre electrozi si presiune, având trei zone de dependenta functie de produsul distanta electrozi si presiune:

* zona de presiune înalta (1 - 10) bar cm în care tensiunea de strapungere este proportionala cu presiunea si distanta dintre contacte;

* zona de presiune scazuta (0,1 - 0,0001)bar cm în care tensiunea de strapungere are un minim cuprins între 200 - 600 V dependent de tipul mediului;

zona de vid absolut în care tensiunea de strapungere depinde de distanta dintre contacte si suprafata contactelor.

Mediile cele mai utilizate în camerele de stingere sunt:

aerul,

vidul avansat,

hexaflorura de sulf (SF6)

materialul granulat (nisip de cuart).

Stingerea arcului presupune:

sa furnizez coloanei arcului o tensiune mai mica decat cea necesara sau

procesele de deionizare sa fie mai puternice decat cele de ionizare sau energetric sau

extragere de caldura din coloana arcului mai mult decat se dezvolta

Realizarea acestor conditii este posibila prin actiunea unei forte (de orice natura ) care sa actioneze asupra coloanei de arc , forta care sa alungesca sau sa intensifice schimburile energetice intre colana si mediul de stingere

3.1 Aerul atmosferic mediu de stingere al arcului electric

Proprietati la presiunea atmosferica

timp de refacere dielectrica destul de ridicat (10ms)

tensiune de strapungere de 30 KV/cm.

Principii de stingere Arcul electric ce se formeaza între contacte trebuie, pentru a fi stins, sa fie alungit artificial prin suflaj magnetic sau prin divizarea coloanei arcului electric într-o suma de arcuri scurte si alungite sub efectul de electrod si nisa.

a. Efectul de electrod si nisa

tensiunea necesara arcului electric (relatia Ayrton) >26V

Efectul de electrod consta în divizarea arcului în n segmente în scopul cresterii de n ori a caderii de tensiune dintre electrozi.

Efectul de electrod

În situatia divizarii în n segmente ecuatia de stingere a arcului (tensiunea necesara arcului >TTR ) este:

g factor de oscilatie (

relatie din care la "tensiunea de utilizare cunoscuta" a retelei se poate determina numarul de "placute" din camera de stingere (gl₁ astfel:

cu a (100 - 200)V functie de curent (I=400 - 10)A

Efectul de electrod este întotdeauna asociat cu efectul de nisa. Coloana arcului electric ce se formeaza între piesele de contact poate fi asociata cu un conductor electric fluid (model cilindric) situat în vecinatatea unor placi feromagnetice.

Forta pe unitatea de lungime a coloanei arcului electric este:

unde 2a - distanta între coloana arcului si imaginea ei, I - curentul din coloana arcului, - factor de corectie al fortei ce caracterizeaza gradul de umplere a camerei de stingere cu N placute feromagnetice de grosime e.

Efect de nisa

Principiul de stingere descris este frecvent utilizat la stingerea arcului electric c.a. în contactoarele si întrerupatoarele de joasa tensiune.

Aplicatie

Rezolvare: Întrucât este utilizat pentru pornirea unui motor asincron cu colivie în regim AC-3 trebuie sa suporte curentul limita . Acestui curent îi corespunde o valoare a tensiunii de calcul a=50. Numarul de intervale este dat de relatia:

Numarul de placute este n=8.

b. Suflaj magnetic . Pereti reci

Arcul electric ce se formeaza între contacte ,poate fi stins daca este alungit sub actiunea unei forte.

Concluzie

1Actiunea oricarei forte (magnetice, mecanice etc.) asupra coloanei arcului determina alungirea acestuia.

2 Extragerea caldurii din coloana arcului se face prin contactul acesteia cu peretii reci din camera de stingere( principiu denumit deion deoarece o mare cantitate de caldura din coloana arcului este absorbita de peretii reci ai camerei de stingere-deionizare). Arcul electric ce se formeaza între contacte este alungit sub actiunea fortei magnetice si deionizat prin contactul acesteia cu peretii reci din camera de stingere

Camere de stingere

Arcul electric este racit în contact cu peretii reci, confectionati din material refractar .

Camerele de stingere pot fi

largi unde distanta dintre pereti este mult mai mare decât diametrul coloanei de arc,

Eficacitate o au contactele în forma de coarne .Piciorul de sprijin al arcului electric pe piesa de contact este foarte mobil , putând fi deplasat usor sub actiunea unei forte.

Deplasarea coloane de arc este caracterizata printr-o viteza normala pe coloana de arc v_n si o viteza de alungire v_t .

Efectul celor doua viteze asupra coloanei arcului implicit a stingerii se studiaza prin actiunea separata a fiecarei viteze.

Ruperea arcului electric este independenta de viteza tangentiala dar în schimb aceasta afecteaza energia din coloana arcului în sensul ca aceasta energie a coloanei arcului, scade pe masura ce creste viteza tangentiala conform relatiei dW_a=uidt =ui(dx/v_t) .

Deplasarea coloanei arcului cu viteze normale v_n diferite , deplasare efectuata sub actiune fortei magnetice Lungimea la care se rupe arcul electric se determina din relatia , conducând la JBdl= rd(v_n²/2) echivalenta cu JBl=(rv_n²)/2.

În concluzie lungimea arcul electric depinde de viteza normala a coloanei arcului electric .Pe de alta parte cresterea vitezei se obtine prin cresterea inductiei.  

Viteza de intrare a arcului electric în camera de stingere, se determina din ecuatia de echilibru a fortelor ,ce actioneaza asupra coloanei de arc (forta electromagnetica si ascensionala ) având expresia .

Experimental se determina viteza cu relatia

Daca fanta este îngusta 2-5 mm, curgerea este turbulenta iar viteza poate fi determinata cu relatia (Kukekov) experimentala ., m/s.

camere de stingere cu sicane directia arcului electric, care strabate sicana ,face unghiul a cu directia inductiei magnetice iar viteza de avans devine unde unde k=0,8 tine seama de caderea de tensiune magnetica în miezul de fier al sistemului de suflaj, N- reprezinta numarul de spire al bobinei de suflaj, iar d_p este distanta dintre talpile polare.

Cerinte pentru electromagnetul de suflaj

- înfasurarea se conecteaza în serie cu arcul(calea de curent) pentru a realiza sincronism între variatia curentului si a inductiei

- miezul electromagnetului trebuie lamelat pentru ca energia magnetica acumulata sa fie minima si sa nu se produca defazaj între flux si curent

- în cazul curentilor intensi inductia magnetica este ridicata si-i posibila saturarea circuitului magnetic caz în care ruperea arcului se face violent cu depunere de metal topit pe contacte.

Domenii de aplicare in special in cc la contactorul de cc RBC sau RMC si la întrerupatoarele ultrarapide de cc sau de medie tensiune

3.2 Vidul mediu de stingere al arcului

a Proprietatile dielectrice ale vidului

presiune este redusa in domeniul 10^-1Pa-10^-5 Pa sau 10^-3- 10^-7 bar. In întrerupatoare valoarea tipica a presiunii este 10^-6mbari Tensiunea de tinere 50KV

12mm distanta intre electrozi

energia de interactiune este neglijabila. La acesta presiune 1mm³ de volum contine 27 10⁶ molecule de gaz a caror interactiune (U/pd) este neglijabila intre doua ciocniri . Valoarea minima a tensiunii de tinere a vidului se obtine la 10^-3 bari

b Arcul electric in vid se formeaza emisie termoelectronica

Densitatea de curent are valori semnificative numai pentru câmpuri electrice intense de 10⁹-10¹⁰ V/m (valoare tipica 100KV/cm =10⁷V/m)

Tip arc

arc electric concentrat

difuzat in functie de valoarea curentului electric astfel:

La valori intense >10.000 A arcul este concentrat având piciorul de sprijin pe o arie foarte mica mm² si produce valori foarte ridicate de temperatura . Stingerea arcului este conditionata de cantitatea de vapori metalici Daca densitatea de vapori pe metru cub depaseste valoarea de 10²² arcul se reaprinde

La valori reduse ale curentului electric de cateva sute de amperi arcul difuzeaza intr-o suma de arce mici cu valori ale densitatii curentului de ordinul 10⁵-10⁷A/cm²,

suprafata de sprijin a coloanei arcului fiind de ordinul 10^-5cm²,

temperatura atinsa fiind 3000K

combina emisia termoelectronica cu emisia datorata actiunii campului electric unde ionii pozitivi din metal au suficienta energie cinetica (30-50 eV) pentru a parcurge distanta anod-catod Tensiunea in coloana arcului are aproximativ 80V..

Toate realizarile tehnice se confrunta cu

reducerea supratensiunilor

reducerea eroziunii contactelor

reducerea fenomenului de difuziune a arcului pentru cresterea capacitatii de rupere a intreruptoarelor

reducerea cantitatii de vapori metalici

Cercetarile in vederea eliminarii acestor neajunsuri sunt concentrate pe doua directii

controlul arcului electric prin camp magnetic pentru a misca piciorul arcului pe suprafata electrozilor

compozitia materialului de contact

Campul magnetic in intrerupatoarele cu vid poate fi aplicat radial sau axial

Campul magnetic radial este produs de circulatia curentului electric prin modificarea geometrica a electrozilor , arcul rotindu-se circular sub actiunea fortei magnetice si incalzind uniform suprafata electrozilor

Camp magnetic radial

Campul magnetic axial, utilizat in special pentru arcul difuz.

La aceeasi capacitate de rupere a intrerupatorului cu vid , campul magnetic radial reduce temperatura pe suprafata electrozilor iar campul magnetic axial reduce tensiunea coloanei arcului si eroziunea contactelor.

Materialele de contact cele mai utilizate sunt aliajele Cu(50-80%) -Cr(50-20%) avand rezistenta la eroziune , iar mai recent Cu(98%) -Bismut(2%) sau Ag-W-Cu.

Aplicatii

Pe partea de joasa tensiune din cauza costului ridicat al întrerupatoarelor cu vid se produc pentru curenti de 800-2500A având capacitatea de rupere de 75kA.

3.3 Rupere în ulei

Întreruptoarele cu ulei sunt folosite în principal pentru tensiuni cuprinse intre 5 si 150 kV.

Principiul de stingere

Hidrogenul obtinut din descompunerea moleculelor de ulei serveste drept mediu de extinctie. Acesta este un bun agent de stingere datorita proprietatilor sale termice si timpului sau constant de deionizare care este mai bun decât al aerului, in special la presiuni mari.

La separatie, arcul face ca uleiul sa se descompuna eliberând hidrogen (≈70%), etilena (≈20%)(?), metan (≈10%) si carbon liber. O energie dezvoltata de arc de 100 kJ produce aproximativ 10 litri de gaz. Acest gaz formeaza o bula care, datorita inertiei masei de ulei, este obtinuta în timpul întreruperii la o presiune dinamica care poate atinge de la 50 la 100 bari. Când curentul trece la 0, gazul se dilata si sufla pe arcul care este stins.

Tipuri de întrerupatoare cu ulei

Întreruptoare cu ulei mult (camera de stingere plasata in cuva)

Întreruptoare cu ulei putin(uleiul ocupa numai camera de stingere)

Camere de stingere

cu jet trensversal creat prin descompunerea uleiului(curent intens stin in zona superioara iar cel redus in zona inferioara)

jet combinat creat partial mecaniccu aductiune prin tija mobila

expandarea cu control de presiune -camera elastica

q       Principalele caracteristici ale întreruptoarelor de circuit cu ulei putin

Curentul de scurtcircuit sau curentii de valori ridicate necesita pentru contactul mobil un diametru minimal.

Lungimea camerei de stingere si deplasarea componentelor mobile sunt practic proportionale cu tensiunea aplicata.

Pentru a evita presiunea excesiva, timpul minim de arc pentru a rupe un curent mare trebuie sa fie mai mic de 10 ms si trebuie sa dureze mai putin de 40 ms pentru curentii critici.

Carcasa izolatoare a camerei de stingere trebuie de asemenea sa fie proiectata sa reziste la presiunile mari

Dezavantaje:

Descompunerea uleiului nu este reversibila.

Descompunerea uleiului si uzura contactelor deterioreaza calitatea dielectrica rezultând costuri suplimentare de întretinere.

În cazul unor reînchideri rapide polul ramâne la o presiune mare si capacitatea de rupere este redusa.

Riscul de explozie si foc nu este complet eliminat.

Câmpuri de aplicare pentru rupere în ulei

Aceasta tehnica de rupere a fost larg folosita în transmisia si distributia de energie electrica.(120-420KV) si curenti pana la 2000A. Ea este progresiv înlocuita de tehnicile de rupere în vacuum si SF₆.

3.4 Rupere în SF₆

Tehnica de rupere care foloseste acest gaz a fost prima data dezvoltata în anii 1970 asemenea tipului de rupere în vacuum.

A Proprietati ale SF₆

Proprietati chimice

În starea sa pura SF₆ este un gaz incolor nepoluant, inodor, neinflamabil si netoxic. Este insolubil în apa.

Din punct de vedere chimic este inert: toate legaturile chimice din molecula sunt saturate si are o energie mare de disociere (+1.096 kJ/mol) de asemenea o capacitate mare de evacuare pentru caldura produsa prin arc (entalpie mare).

In timpul arcului, în care temperatura poate ajunge între 15.000 K si 20.000 K SF₆ se descompune. Aceasta descompunere este virtual reversibila: când curentul este redus temperatura este redusa si ionii si electronii pot sa refaca molecula de SF₆.

Un numar mic de produsi sunt obtinuti din descompunerea SF₆ în prezenta impuritatilor dioxid de sulf SO₂F₂ sau tetraflorura de carbon CF₄. Acesti produsi ramân concentrati în bol si sunt absorbite usor de compusii activi, cum ar fi silicat de aluminiu, care sunt de obicei plasate în mediul ruperii.

Proprietati fizice

q      

Proprietati termice

Conductivitatea termica a SF₆   este egala cu cea a aerului dar cercetarea curbei conductivitatii termice a SF₆ la temperatura ridicata scoate în evidenta un vârf la temperatura 2000⁰K -temperatura de disociere a SF₆ .

SF₆ are un gradient dielectric ridicat datorita proprietatilor electronegative ale fluorului Durata de viata a electronilor liberi ramâne scazuta si cu moleculele de SF₆ ei formeaza ioni grei cu mobilitate redusa. Probabilitatea unei defectiuni dielectrice printr-un efect de bulgare este astfel întârziata. Aceasta da acestui mediu un timp constant extrem de mic de deionizare

B Arcul electric în SF₆

Din punct de vedere electric conductivitatea electrica este functie de temperatura , astfel:

La temperaturi mici ale coloanei arcului < 5.000°C -conductivitatea electrica este neglijabila ( se comporta ca izolator)

La temperaturi ridicate> 5000⁰ K conductivitatea electrica este foarte mare ( se comporta ca un conductor) Raza echivalenta a coloanei arcului este foarte redusa

Din punct de vedere termic regasim un miez cu conductivitate ridicata înconjurat de un învelis rece de gaz pentru temperaturi pana in 5.000⁰K . Miezul si învelisul sunt separate de o diferenta de temperatura asemanatoare cu temperatura de disociere a moleculei. In jurul a 2.000°C acest prag ramâne neschimbat la variatia intensitatii curentului

La aparitia arcului curentul este tinut de miez când pragul de temperatura la acest nivel este mai mic decât temperatura minima de ionizare iar învelisul extern ramâne izolant.

Odata cu descresterea curentului, temperatura miezului scade si conductivitatea electrica de asemenea începe sa scada. La trecerea curentului prin zero, schimburile de temperatura dintre miez si învelis devin foarte mari iar refacerea dielectrica se realizeaza , cu o constanta de timp care este foarte mica (0,25microsecunde)

C Tipuri de dispozitive cu rupere în SF₆ si domeniile lor de aplicare

Tipurile de dispozitive SF₆, se diferentiaza prin metodele de racire a arcului , fiecare având diferite caracteristici si domenii de aplicare.

Ruperi cu autocompresie

În acest tip de întreruptor, arcul este stins prin eliberarea unui volum de SF₆ compresat de actiunea unui piston: când aparatul deschide, un cilindru atasat la contactul mobil se misca si compreseaza volumul de SF₆ O duza directioneaza gazul pe directia arcului actionand transversal sau longitudinal

La curenti mari, arcul implica un efect de blocare care contribuie la acumularea de gaz compresat. Când curentul se apropie de zero, arcul este în primul rând racit apoi stins datorita injectiei cu molecule ale noului SF₆.

Aceasta tehnologie permite ca toti curentii pâna la capacitatea de rupere sa fie întrerupti fara nici o problema si fara curent critic, atâta timp cât energia necesara ruperii arcului este produsa pe cale mecanica care este independenta de curentul care trebuie întrerupt.

q       Valori caracteristice

Presiunea relativa a lui SF₆ folosita de obicei variaza de la 0,5 bari (16 kA, 24 kV) la 5 bari (52 kV),care permite realizarea unor containere etanse la scurgeri de gaz cu siguranta garantata.

Factorii care influenteaza dimensiunile camerei de stingere sunt urmatorii:

Tensiunea de izolare care determina distanta de izolare între contactele deschise. Aceasta poate fi constanta de ordinul a 45 mm în functie de presiunea de SF₆ folosita.

Curentul de scurtcircuit ce trebuie rupt determina diametrul duzei si a contactelor.

Puterea de scurcircuit ce trebuie rupta determina dimensiunile pistonului pompei ( la 24 kV volumul rafalei de gaz este în jur de 1 litru pentru o capacitate de rupere de 40 kA).

Energia de deschidere de 200 J (16 kA) pâna la 500 J (50 kA) ramâne relativ mare în ciuda compactitatii aparatelor cauzata de energia necesara compresiei gazului.

q       Domeniile de aplicare ale autocompresiei

Principiul autocompresiei este cel mai vechi dintre toate si a fost folosit pentru toate tipurile de întreruptoare de uz general.

Întreruptoarele cu autocompresie sunt potrivite cu functionarea bateriilor de condensatoare întrucât au o probabilitate mica de reaprindere a curentului postarc, ca si o rezistenta mare la curentii de închidere.

Cu toate acestea, o energie relativ mare de operare conduce la o uzura destul de mare a mecanismului de operare si posibilitatea de limitare în relatii a unui numar de operatii. Aceasta tehnologie este înca larg folosita în prezent în special pentru aparate de intensitati mari si tensiuni mai mari de 24 kV.

Autoexpansiunea

Ruperile prin autoexpansiune folosesc energia termica disipata de arc ca sa creasca presiunea în volumul de SF₆

Efectul de pompa depinde de valoarea curentului, care permite o energie de control mica si o rupere usoara, dar cu riscul aparitiei curentilor critici.

Pentru ca presiunea gazului sa actioneze asupra coloanei arcului , jetul de gaze trebuie ghidat.

Doua metode de ghidare ale arcului au fost dezvoltate, ghidarea mecanica si ghidarea magnetica, care permite stabilizarea arcului în zona pompei precum si eliminarea curentilor critici.

Ghidarea mecanica (tipul autocompresiei) Arcul este mentinut centrat între doua contacte prin pereti izolati condensând fluxul gazos într-un mod asemanator duzelor folosite la auto-compresie.

Aceasta tehnica este sigura si simpla dar creste energia necesara controlului. De fapt, prezenta acestor mecanisme în zona arcului reduce performanta dielectrica a SF₆ în timpul fazei de restabilire, care conduce la o crestere a intervalului dintre electrozi si a vitezelor de deplasare ale contactelor, si chiar a presiunii SF₆.

Ghidarea magnetica (tipul arcului rotitor)

În aceasta tehnologie contactele sunt mentinute in SF₆ la o anumita presiune . Deschiderea contactului conduce la aparitia arcului ce creste temperatura in camera de stingere , implicit presiunea gazului . Bobina creaza un camp magnetic ce interactioneaza cu curentul din arc , conducand la miscarea coloanei de arc .Arcul se raceste la miscarea lui prin SF₆. Viteza mare de rotatie a arcului (care poate depasi viteza sunetului) este datorata fortei Laplace produse de câmpul magnetic creat de curentii care trec prin bobina si curentul din coloana arcului , forta ce accelereaza arcul într-o miscare circulara. Arcul este astfel racit uniform în SF₆.

Capacitatea de racire a dispozitivului depinde direct de valoarea curentului de scurtcircuit, care da acestui dispozitiv o capacitate de rupere blânda folosind o energie de operare mica: energia necesara la rupere este suplimentata complet de arc si curentii mici sunt întrerupti fara ciopârtiri sau supratensiuni.

Datorita miscarii rapide a punctelor de sprijin ale arcului , locurile încinse care degaja vapori de metal sunt evitate si eroziunea contactelor este minimizata în particular în cazul geometriei axiale.

Trebuie mentionat ca în apropierea curentului zero, câmpul magnetic se reduce. Este important ca el sa mentina o valoare diferita de zero astfel încât arcul sa ramâna în miscare în SF₆ rece când TTR apare, de aceea se evita aparitia curentilor critici. Aceasta se realizeaza prin introducerea de inele de scutcircuit care forteaza câmpul magnetic sa fie putin defazat fata de curent.

Eficienta termodinamica este optima si SF₆ îsi pastreaza toate proprietatile sale dielectrice. Astfel distantele de izolare pot fi reduse la minimum si energia necesara controlului este mica.

q                  Valori caracteristice

Presiunea de umplere a bolului este apropiata de presiunea atmosferica si volumul pompei termice este între 0,5 si 2 litri.

Energia de control este mai mica de 100 J. la 24 kV Toate aceste caracteristici ne arata ca tehnica de auto-rupere este cea mai performanta tehnica pâna în data de azi. Capacitatile de rupere pot fi foarte mari în timp ce înca mai au presiune si energie de control reduse, din aceasta cauza ofera o foarte mare încredere.

q     Domenii de aplicare

Aceasta tehnologie, dezvoltata pentru ruperea curentilor de scurtcircuit, este potrivita si pentru ruperea curentilor capacitivi atâta timp cât suporta supracurenti si supratensiuni. Se poate folosii de asemenea si pentru ruperea unor mici curenti inductivi.

Fara alte mijloace aditionale sistemele de expansiune termica au limitat capacitatile de rupere si tensiunile de operare. Tehnica de auto-expansiune este deseori asociata cu arcul rotitor sau auto-compresie asistata de piston. Este apoi folosita în aparate destinate MV(tensiuni medii) si chiar HV (tensiuni mari) pentru toate aplicatiile.

Nivelele de performanta atinse prin combinarea expansiunii termice cu arcul rotitor sunt în asa fel încât tehnologia sa fie considerata de folosit în întreruptoare folosite în aplicatii foarte solicitante, de exemplu pentru a proteja alternatoarele electrocentralelor (cu asimetrie mare si TTR)

3.5 Materialul granulat mediu de stingere al arcului în sigurante fuzibile

Stingerea arcului electric în contact cu granulele din material refractar este un principiu utilizat la functionarea sigurantelor fuzibile.

Nisipul de cuart constituie unul din cele mai eficiente medii de stingere a arcului electric. Elementul fuzibil al sigurantei este înglobat în masa de nisip de cuart, astfel încât stingerea arcului electric este determinata de preluarea de caldura de catre granulele de nisip..

Procesul complet al deconectarii (arderii) sigurantei fuzibile se compune(teoretic) din urmatoarele faze distincte:

Încalzirea elementului fuzibil pâna la temperatura de topire

Topirea si vaporizarea elementului fuzibil

Aparitia arcului electric dupa strapungerea spatiului dintre contactele sigurantei

Stingerea arcului , care provoaca ruperea curentului si deci deconectarea circuitului

Procesul complex al topirii fuzibilului sub actiunea curentului de scurtcircuit este redat în figura unde distingem:

pe durata 0-t₁ are loc încalzirea firului pâna la temperatura ;

pe durata t₁-t₂ materialul se topeste în întregime , iar temperatura se conserva ;

pe durata t₂-t₃ lichidul este încalzit pâna la temperatura de vaporizare ,

Topirea fuzibilului

Evolutia în intervalul 0-t₁

Ipoteza încalzire adiabata pâna la temperatura de topire a fuzibilului .

Ecuatia caldurii sub forma :

- rezistivitatea materialului la 20⁰ C

- coeficientul de temperatura al rezistivitatii

c₁ - caldura specifica volumica în stare solida

A - aria sectiunii transversale a elementului fuzibil în sectiunea diminuata

- supratemperatura (peste +20⁰ C )

permite definirea integralei Joule

relatie ce poate fi scrisa sub forma

- constanta lui Meyer

Evolutia în intervalul t₁-t₂ este descrisa de transformarea fuzibilului în metal lichid

- rezistivitatea medie de lichid si solid

- caldura latenta volumica de topire

Evolutia în intervalul t₂-t₃

În acest interval de timp metalul lichid se încalzeste de la temperatura de topire la la temperatura de vaporizare ,.

c₂ - caldura specifica volumica în stare lichida

- rezistivitatea în stare lichida

- coeficientul de temperatura al rezistivitatii în stare lichida

k₃ - constanta de material

Pentru intervalul de timp total de la 0 la t₃ :

=W_p energia pre-arc

Comparatie între tehnicile de rupere

În prezent în sectorul LV, ruperea magnetica în aer este, cu exceptia câtorva cazuri rare, singura tehnologie folosita. În EHV, tehnica de rupere în SF₆ este practic singura folosita.

În aplicatii MV, unde toate tehnologiile pot fi folosite, ruperile în SF₆ si ruperile în vid au înlocuit ruperile în aer din motive de cost si spatiu, si ruperile în ulei din motive de siguranta, protectie si întretinerii reduse

Tehnicile de rupere în vid sau SF₆ au nivele de performanta apropiate si din calitatile lor respective se întelege ca una sau cealalta este mai potrivita pentru anumite aplicatii. In functie de tara, una sau alta dintre aceste tehnologii este folosita în principal din motive istorice sau la alegerea producatorilor.

Comparatia performantelor pentru diferite tehnici de rupere