Câmaras de extinção de arco em contatores e

Câmaras de extinção de arco em
contatores e seccionadoras
Porque e para que ?
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Eng. Daltro Coutinho Jr.
Seiaut - Petrobrás
Referencias Bibliográficas
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Professor Luiz Ferraz Neto
(www.feiradeciencias.com.br) ;
Eng. Charlys Eric Mesquini – Moeller Electric S/A :
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Prof. Alberto Ricardo Prass
(www.terra.com.br/fisicanet) ;
Prof. Duílio – Seminários Técnicos Siemens S/A :
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Apostila “Tecnologia dos dispositivos de proteção e
seccionamento” ;
Eng. Georgio - Siemens S/A - filial Salvador :
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Apostila “Contatores DIL” ;
Catálogo de Disjuntores a vácuo 3AH e outros .
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Arco Voltaico – O Vilão
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O que é ?
Como se forma ?
Ora vilão, ora útil !
Como se propaga ?
Como se extingue ?
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O que é ?
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A teoria do arco - 1
Quando cessa a corrente elétrica num circuito, mediante a
ação de um interruptor ou qualquer outro dispositivo de
seccionamento uma descarga em forma de vapor metálico é
estabelecida pela corrente a ser interrompida, a qual flui
através deste plasma até a próxima passagem por zero. O
arco é então extinto e o vapor metálico condutivo condensa
sobre as superfícies dos contatos em poucos microssegundos,
restabelecendo rapidamente a rigidez dielétrica entre os
contatos.
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A teoria do arco - 2
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A teoria do arco – 3
Com altas tensões, o arco tende a persistir e não raramente
deve-se recorrer a métodos para extingui-lo. Por outro lado,
quando devidamente controlado pode ter aplicações úteis
como em soldas, lâmpadas, equipamentos médicos e outros.
O arco recebe este nome porque a corrente de ar quente que
se eleva tende a desviá-lo para cima formando um arco.
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A teoria do arco – 4
Grande parte da luz produzida provém não propriamente do
arco e sim dos extremos superaquecidos dos contatos. Para
o caso da formação do arco em corrente contínua (DC) a
temperatura do contato positivo tende a chegar a 3.500 ºC
enquanto que o negativo chega a 2.500 ºC , já para o nosso
caso, em corrente alternada (AC) a temperatura do arco é de
7.000 ºC. A d.d.p. necessária para manter o arco depende
da distância entre os contatos. Experiências feitas com
bastões de carvão mostram que para a formação do arco são
necessários 40 V. e acrescenta-se 3 volts para cada
milímetro de separação dos contatos. Para contatos
metálicos a d.d.p. de funcionamento é bem menor.
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A teoria do arco - 5
A curva mostra que se
aumentarmos a intensidade da
corrente, diminui a d.d.p.(Lei
de Ohm) efeito causado pelo
aumento da secção transversal
do arco. Se a d.d.p. aumentar
o arco se fortalece até formar
um curto-circuito.
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A teoria do arco - 6
- A primeira teoria do arco : Townsend
- Hoje, considera-se que o arco é uma descarga auto-sustentada.
Há vários processos de formação dos íons :
Choque de elétrons com partículas neutras (internamente) ;
Emissão de campo e térmica nos elétrons ;
Emissão termo-iônica ;
Emissão secundária ;
Emissão foto-iônica e outras ;
Há diminuição de elétrons pelo enlace
- Como todo condutor, o arco está sujeito a forças de atração e
repulsão
- Tem uma resistência proporcional ao seu comprimento e
inversamente proporcional à sua seção transversal
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O arco voltaico é a pior condição
para um circuito elétrico.
1 – A corrente que flui por ele não é suficiente para queimar
os fusíveis de proteção ( cerca de 87% ) ;
2 – A temperatura é tão alta que destrói todos os
componentes próximos além de causar sérias
queimaduras ;
3 – Alta mobilidade, podendo ser deslocado facilmente de
sua posição por um deslocamento de ar ( sopro, vento ) ;
4 – Tendência a se movimentar espontaneamente,
procurando aumentar a área do circuito a que faz parte ;
5 – Quando extinto, há uma reação do circuito (Lei de Lenz)
e há uma sobretensão denominada tensão de
restabelecimento .
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Contatores, disjuntores e chaves
seccionadoras
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Histórico das câmaras de extinção
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Conhecendo as propriedades do arco foram
desenvolvidos os elementos seccionadores .
 No principio eram mais interruptores !
 E o primeiro deles foi o de “chifres” .
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A tentativa seguinte foi utilizar o óleo mineral formando
o disjuntor de “cuba livre” .
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Grande salto tecnológico : Câmara de extinção e
disjuntor de grande volume de óleo .
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Salto tecnológico
seguinte : “Pequeno
Volume de Óleo” (PVO)
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Vantagens :
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< risco de incêndio
(10% do óleo ) ;
> velocidade de
operação .
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Na Baixa Tensão procurou-se :
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Aumentar a velocidade de abertura ;
Usar os contatos em “V” ;
Usar a força de repulsão .
Salto tecnológico seguinte para os disjuntores secos
(1926). Câmara de extinção com 2 alternativas :
• Lâminas condutoras ;
• Lâminas isolantes de material refratário .
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• Com lâminas condutoras
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Esta solução é adotada até hoje nos disjuntores de
baixa tensão .
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Com lâminas isolantes de material refratário
Esta solução foi usada por cerca de 50 anos na média
tensão, quando eram necessários elevados números de
operações e alta velocidade de interrupção .
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Histórico das câmaras de extinção
• Ainda em 1926 :
• Surgiram as primeiras câmara de interrupção à vácuo
porém as dificuldades tecnológicas impediam sua
fabricação em escala, o material do contato não era
apropriado e a movimentação de peças no vácuo era
problemática.
• Usando o campo magnético conseguiu-se um disjuntor
próximo do ideal porém o arco se movimenta e se tem
menor vaporização. Sua principal aplicação focava as
médias e baixas tensões.
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Histórico das câmaras de extinção
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Pino de conexão do contato
fixo ;
Disco de conexão ;
Isolador de cerâmica ;
Contato fixo ;
Câmara ;
Contato móvel ;
Isolador de cerâmica ;
Fole ;
Haste móvel condutora ;
Conexão mecânica para o
acionamento .
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Histórico das câmaras de extinção
Na década de 30 surgiram os disjuntores a ar comprimido
que tinham alta velocidade de operação e capacidade
de interrupção elevadíssima, duração curta do arco,
capazes de suportar operações freqüentes, facilidade
de religar os circuitos e manutenção muito pequena
dos contatos. Porém, a planta deveria possuir uma
estação de ar comprimido confiável, gerava muitas
sobretensões, quando havia queda na pressão do ar ele
fechava e travava, a manutenção do sistema de ar
comprimido era complicada e demasiado cara.
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Histórico das câmaras de extinção
Nas décadas de 60 e 70, surgiram os disjuntores SF6 que
não precisavam de caríssimas instalações de ar comprimido,
não continham óleo ( sem risco de incêndio ), a duração do
arco era pequena e com pouco desgaste dos contatos e a
manutenção, embora complicada era pouco freqüente.
Porém, não alcançavam elevadas capacidades de
interrupção, não chegavam nas altas tensões.
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Câmaras de extinção de arco em
dispositivos de comando hoje !
1 – Terminais de Conexão ;
2 – Câmara de extinção de
arco ;
3 – Contatos de potencia ;
4 – Bobina ;
5 – Sistema magnético de núcleo
móvel ;
6 – Contatos Auxiliares ;
7 – Elemento de bloqueio quando
retirada a câmara de extinção
de arco .
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