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

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 . Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás

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

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

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

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

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

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

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

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

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 . Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás

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

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” . Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás

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

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

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

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

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 . Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás

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

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

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. Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás

Histórico das câmaras de extinção Pino de conexão do contato fixo ; Disco de conexão ; Isolador de cerâmica ; Contato fixo ; Câmara ; Contato móvel ; Fole ; Haste móvel condutora ; Conexão mecânica para o acionamento . Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás

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. Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás

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. Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás

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 . Eng. Daltro Coutinho Jr. Seiaut - Petrobrás