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

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

2 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 2 Referencias Bibliográficas Professor Luiz Ferraz Neto (www.feiradeciencias.com.br) ;www.feiradeciencias.com.br Eng. Charlys Eric Mesquini – Moeller Electric S/A : – Apostila Contatores DIL ; Prof. Alberto Ricardo Prass (www.terra.com.br/fisicanet) ;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.

3 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 3 Arco Voltaico – O Vilão O que é ? Como se forma ? Ora vilão, ora útil ! Como se propaga ? Como se extingue ?

4 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 4 O que é ?

5 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 5 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.

6 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 6 A teoria do arco - 2

7 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 7 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.

8 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 8 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 ºC enquanto que o negativo chega a ºC, já para o nosso caso, em corrente alternada (AC) a temperatura do arco é de 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.

9 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 9 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.

10 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 10 A teoria do arco 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

11 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 11 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.

12 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 12 Contatores, disjuntores e chaves seccionadoras

13 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 13 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.

14 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 14 Histórico das câmaras de extinção A tentativa seguinte foi utilizar o óleo mineral formando o disjuntor de cuba livre.

15 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 15 Histórico das câmaras de extinção Grande salto tecnológico : Câmara de extinção e disjuntor de grande volume de óleo.

16 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 16 Histórico das câmaras de extinção

17 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 17 Histórico das câmaras de extinção Salto tecnológico seguinte : Pequeno Volume de Óleo (PVO) – Vantagens : < risco de incêndio (10% do óleo ) ; > velocidade de operação.

18 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 18 Histórico das câmaras de extinção 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.

19 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 19 Histórico das câmaras de extinção Esta solução é adotada até hoje nos disjuntores de baixa tensão. Com lâminas condutoras

20 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 20 Histórico das câmaras de extinção 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

21 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 21 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.

22 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 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. Histórico das câmaras de extinção

23 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 23 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.

24 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 24 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.

25 Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás 25 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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