Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 1 Câmaras de extinção de arco em contatores e seccionadoras Porque e para que ?

Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás

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Câmaras de extinção de arco Câmaras de extinção de arco em contatores e seccionadorasem contatores e seccionadoras

Porque e para que ?


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Referencias Bibliográficas

Professor Luiz Ferraz Neto (www.feiradeciencias.com.br) ;

Eng. Charlys Eric Mesquini – Moeller Electric S/A :– Apostila “Contatores DIL” ;

Prof. Alberto Ricardo Prass (www.terra.com.br/fisicanet) ;

Prof. Duílio – Seminários Técnicos Siemens S/A :– Apostila “Tecnologia dos dispositivos de proteção e

seccionamento” ; Eng. Georgio - Siemens S/A - filial Salvador :

– Catálogo de Disjuntores a vácuo 3AH e outros .


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Arco Voltaico – O Vilão

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 – 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 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 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

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)

– Vantagens : < risco de incêndio

(10% do óleo ) ; > velocidade de

operação .


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Na Baixa Tensão procurou-se :– 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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Esta solução é adotada até hoje nos disjuntores de baixa tensão .

• Com lâminas condutoras


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Esta solução foi usada por cerca de 50 anos na média tensão, quando eram necessários elevados números de

operações e alta velocidade de interrupção .

Com lâminas isolantes de material refratário


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• 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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1. Pino de conexão do contato fixo ;

2. Disco de conexão ;3. Isolador de cerâmica ;4. Contato fixo ;5. Câmara ;6. Contato móvel ;7. Isolador de cerâmica ;8. Fole ;9. Haste móvel condutora ;10. Conexão mecânica para o

acionamento .



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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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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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