Circuitos Eléctricos: Funcionamiento y Características de Interruptores de SF6 y Vacío


Diferencias entre Interruptores de SF6 y Vacío

La principal diferencia que existe entre ambos contactos es la geometría de los contactos. En los interruptores de hexafloruro de azufre (SF6), los contactos parten de una posición cerrada en donde la corriente fluye a través de los contactos principales (fijos) y el contacto móvil. Durante la maniobra de apertura, primero deja de circular corriente por los contactos principales, pero la corriente circula por los contactos de arco. Cuando dejan de hacer contacto los contactos de arco y los contactos móviles, aparece un arco eléctrico entre ambos. En los interruptores en vacío, al haber vacío entre los contactos, los únicos portadores de carga son los emitidos desde el cátodo y también el metal vaporizado. El arco eléctrico está formado por metal vaporizado de los electrodos. La superficie de los contactos son discos estriados formando una espiral, de forma que la corriente de un electrodo forma una espiral que crea un campo magnético que tiende a extinguir el arco. Cuando la corriente se extingue, el metal vaporizado solidifica en un tiempo muy breve y se deposita en las paredes del cilindro.

Ecuación del Arco Eléctrico: Factores y Casos de Estudio

La ecuación del arco eléctrico viene dada por la ecuación de Ayton:

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Donde Ua es la caída en el ánodo, Ub la caída en el medio entre electrodos y Uc la caída en el cátodo. Los factores de los que depende un arco eléctrico son la corriente y la longitud. Para corrientes bajas, la caída de tensión en el arco aumenta porque el gas entre contactos está más frío y, en consecuencia, menos ionizado. Para altas corrientes, la caída de tensión en el arco es prácticamente independiente de la corriente. Si i >> 0 entonces:

En arcos cortos, los sumandos bl y dl/i, que dependen de la longitud, se pueden despreciar y se puede tomar que la caída de tensión en el arco es:

Si l >> 0 entonces

Otros factores de los que depende la caída de tensión en el arco son la temperatura (disminuyendo ), la presión (aumentando ), el tipo de gas entre contactos y el metal de los electrodos.

El arco se comporta como una resistencia no lineal. Se dice que es una resistencia porque cuando la intensidad cambia de sentido, la tensión cambia de sentido. Un arco eléctrico siempre disipa energía con valor igual a

Intensidad Sinusoidal en un Arco Eléctrico: Evolución y Energía

En la figura se observa la evolución sinusoidal de la corriente, la tensión y la resistencia al transcurrir el tiempo.

Sabemos que el arco se comporta como una resistencia no lineal. Se dice que es una resistencia porque cuando la intensidad cambia de sentido, la tensión cambia de sentido. Un arco eléctrico siempre disipa energía con valor igual a , que si lo evaluamos en el tiempo obtenemos la potencia.

Extinción del Arco Eléctrico en un Circuito con Interruptor

Se tiene un circuito compuesto por una fuente de corriente alterna, un interruptor y una carga resistiva. Se da la orden de abrir al interruptor. La velocidad de separación de contactos es v. El arco se extingue después de una serie de reencendidos. Los instantes de tiempo en los que el arco se extingue se determinan a continuación. La evolución de la intensidad en el tiempo se muestra en la figura.

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Si la tensión aplicada entre los polos del disyuntor es menor que la precisa para establecer el arco, la corriente se extingue. U√2senωt, pero > Imagen

A partir de la fórmula de la corriente, el primer sumando es la sinusoide de la figura, el segundo sumando es la línea recta (con ambos sentidos de la corriente) y el resultado es la intensidad que realmente circula (casquetes rayados). En cada nuevo paso por cero de la onda de corriente, los contactos están más separados, y por eso es más difícil que se vuelva a cebar el arco, por eso los casquetes son cada vez más pequeños. Cuando se extingue el arco, la tensión en bornes del interruptor ya no viene dada por bvt, sino que viene impuesta por el circuito externo. En este caso, es una simple fuente de tensión y una resistencia, y un cortocircuito por el lado derecho. Por lo tanto, la tensión que queda aplicada al interruptor es la tensión de la fuente. En el caso en que el circuito externo contuviera inductancias y capacidades, vamos a tener un régimen transitorio.

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