Cámaras de extinción de arco-al vacíoson dispositivos eléctricos cruciales que se utilizan para interrumpir arcos eléctricos en circuitos de alto-voltaje. Desempeñan un papel vital en los sistemas de energía, protegiendo los equipos y garantizando la seguridad del personal. La extinción del arco se logra mediante varios métodos, lo que permite que el dispositivo extinga el arco de manera segura y efectiva. A continuación se detallan algunos métodos de extinción de arco-comunes utilizados en cámaras de extinción de arco-al vacío:
I. Principios básicos básicos: condiciones para el mantenimiento y extinción del arco
Se puede mantener un arco eléctrico porque, a altas temperaturas, el medio entre los contactos (aire, aceite, etc.) se ioniza generando una gran cantidad de electrones e iones libres, formando un canal conductor. Por tanto, las formas fundamentales de extinguir un arco eléctrico son:
Enfriamiento: Bajar la temperatura del arco, lo que hace que las partículas de gas regresen de un estado ionizado a moléculas o átomos neutros (este proceso se llama "desionización").
Soplar el arco: usar un flujo de aire o un flujo de líquido de alta-velocidad para eliminar el calor y las partículas cargadas de la región del arco.
Alargamiento del arco: Aumentando la longitud del arco, requiriendo un mayor voltaje para mantenerlo.
Dividir el arco en arcos más cortos: dividir un arco largo en una serie de arcos más cortos, utilizando el efecto del electrodo cercano-(se requiere una mayor caída de voltaje cerca del cátodo) para aumentar la dificultad de mantener el arco.
II. Principales métodos y tecnologías de extinción de arco.
Basándose en diferentes medios y principios, se han desarrollado varias tecnologías maduras de extinción de arco:
1. Extinción de arco al vacío (utilizada en disyuntores al vacío)
Actualmente, esta es la tecnología más convencional y avanzada en el campo de media-tensión (10-35 kV).
Principio: Los contactos están sellados en una cámara de extinción de arco-a alto vacío (<10^-4 Pa). Due to the extremely low number of gas molecules in a vacuum, the metal vapor arc generated when the contacts separate diffuses and condenses at an extremely rapid rate when the current crosses zero, causing the medium strength to recover quickly.
Características:
Ventajas: Gran capacidad de extinción de arco, larga vida útil, tamaño pequeño, sin riesgo de explosión, sin mantenimiento-(en comparación con los disyuntores de aceite).
Desventajas: Difícil detección del grado de vacío, altos requisitos para los procesos de fabricación.
2. Extinción de arco con gas hexafluoruro de azufre (SF₆) (utilizado en disyuntores SF₆)
Ampliamente utilizado en campos de alto-voltaje y ultra-alto-voltaje (72,5 kV y superiores).
Principio:
Excelente carga negativa: las moléculas del gas SF₆ tienen una gran capacidad para adsorber electrones libres, reduciendo rápidamente las partículas cargadas en el arco.
Efecto de soplado de arco: en una cámara de extinción de arco comprimida o auto-energizada, se genera un flujo de gas SF₆ de alta-presión utilizando el movimiento mecánico o la propia energía del arco, soplando violentamente hacia el arco para un enfriamiento y desionización intensos.
Características:
Ventajas: Excelente rendimiento de aislamiento y extinción de arco, más de 100 veces mayor que el del aire. Corriente de ruptura única-grande.
Desventajas: SF₆ es un potente gas de efecto invernadero; Las fugas deben evitarse estrictamente y es necesario reciclarlo después del desmantelamiento.
3. Extinción de arco a base de aceite-(utilizado en disyuntores de aceite, ahora rara vez utilizado)
Principio: Los contactos se sumergen en aceite aislante. Cuando se genera un arco, el petróleo se descompone y vaporiza rápidamente, produciendo gas hidrógeno, que representa aproximadamente el 70% del gas total. El gas hidrógeno tiene una alta conductividad térmica y propiedades de extinción de arco-. Simultáneamente, bajo el diseño de la cámara de extinción del arco-, estos gases generan una enorme presión, formando burbujas que impulsan el flujo de aceite para expulsar y enfriar el arco.
Características:
Ventajas: Estructura simple, bajo costo, tecnología madura.
Desventajas: Inflamable y explosivo, lo que supone un riesgo de incendio; requiere cambios de aceite y mantenimiento regulares; voluminoso.
4. Extinción de arco con aire comprimido (utilizado en disyuntores de aire, ahora poco utilizado)
Principio: El aire comprimido a alta-presión se almacena previamente-. Al interrumpirse, la válvula se abre y el aire a alta-presión es impulsado violentamente hacia el arco, no solo llevándose una gran cantidad de calor sino también dispersando partículas cargadas y llenando rápidamente el espacio con aire fresco, de alto-aislamiento y frío.
Características:
Ventajas: Fuerte capacidad de extinción de arco, velocidad de respuesta rápida.
Desventajas: Alto nivel de ruido, requiere un sistema de aire comprimido complejo y requiere un mantenimiento significativo.
5. Extinción de arco de gas generado-sólido (utilizado en interruptores de carga, fusibles, etc.)
Principio: Se coloca un material aislante orgánico especial (como polioximetileno, plexiglás, etc.) dentro de la cámara de extinción de arco-. La alta temperatura generada por el arco eléctrico hace que éste se descomponga produciendo una gran cantidad de gas. Esto crea una alta presión dentro de la estrecha cámara de extinción de arco-, que luego se expulsa de la boquilla, extinguiendo el arco.
Características:
Ventajas: Estructura muy simple, bajo costo.
Desventajas: Capacidad de frenado limitada; cada operación consume el material-generador de gas; Normalmente se utiliza en aplicaciones donde los requisitos de capacidad de ruptura no son altos.
6. Extinción de arco de hendidura y extinción de arco de red (utilizados en interruptores y contactores de bajo-voltaje)
Ésta es una aplicación típica del principio de "segmentación y enfriamiento".
Extinción por arco de hendidura: el arco eléctrico se introduce en una hendidura hecha de un material aislante resistente a altas-temperaturas (como arcilla o mica). Las paredes de la hendidura enfrían el arco y lo ponen en contacto con el medio sólido, mejorando la desionización.
Extinción de Arco de Rejilla: El arco eléctrico se introduce en un conjunto de rejillas metálicas paralelas. El arco eléctrico se divide en múltiples arcos cortos conectados en serie, cada uno con sus propias caídas de voltaje en el cátodo y el ánodo (aproximadamente 20-30V). Si la suma de las caídas de voltaje del cátodo y del ánodo de todos los arcos cortos excede el voltaje de la fuente de alimentación, el arco no se puede sostener y se extinguirá. Esto es particularmente aplicable a arcos de CC o arcos de CA de bajo voltaje.
Resumen y comparación
| Métodos de extinción de arco. | Principios principales | Aplicaciones | Características |
|---|---|---|---|
| Extinción de arco al vacío | Utilizando la alta velocidad de recuperación dieléctrica del vacío | Distribución de energía de media-tensión (10-35 kV) | Seguro, compacto, de larga vida útil y sin mantenimiento- |
| Extinción de arco con gas SF₆ | Adsorción de electrones negativos + enfriamiento por soplado de aire. | Alto-voltaje y ultra-alto-voltaje (72,5 kV+) | Excelente rendimiento, pero importantes preocupaciones ambientales. |
| Extinción de arco a base de aceite- | Soplado y enfriamiento del arco de vaporización de aceite (hidrógeno) | Equipos-de alto voltaje-de estilo antiguo | Sencillo y económico, pero inflamable, explosivo y voluminoso. |
| Extinción de arco con aire comprimido | Enfriamiento por soplado de aire a alta-presión | Equipos-de alto voltaje-de estilo antiguo | Sistema de alta velocidad, pero complejo y con mucho ruido. |
| Extinción de arco de gas generado-sólido | Generación de gas material para formar soplado de aire. | Interruptores de carga, fusibles | Estructura simple, capacidad de ruptura limitada |
| Extinción de arco de hendidura/rejilla | Enfriamiento segmentado y efecto cercano-electrodo | Disyuntores y contactores de bajo-voltaje | Bajo costo, adecuado para CC/CA de bajo-voltaje |
En resumen, los interruptores de vacío emplean varios métodos para extinguir arcos eléctricos, cada uno con sus ventajas únicas y escenarios aplicables. El uso combinado de vapor metálico, interrupción de vacío y aire comprimido puede extinguir los arcos de forma rápida y confiable, garantizando el funcionamiento seguro y estable de los sistemas de energía. La continua innovación y aplicación de estos métodos-de extinción de arco proporcionan un apoyo crucial para el desarrollo y la seguridad de la industria energética.
Las cámaras de interrupción en vacío de Shaanxi Huadian ofrecen una rápida extinción del arco, una eliminación de fallas limpia y eficiente, una larga vida mecánica, un funcionamiento sin-mantenimiento y ahorro de costos. Información del contacto:
Correo electrónico:pannie@hdswitchgear.com.
Whatsapp/Wechat:+8618789455087
