Tema #3: El Arco Eléctrico
Maracaibo, Febrero del 2015
Mayor a
1A
¿ Que es el arco eléctrico?
El arco eléctrico es una descarga independiente, que se da a través de dos electrodos separados a través de un medio dieléctrico, el cual pierde sus propiedades aislantes.
Principal característica
La principal característica es una mancha de emisión en la proximidad del catado, esta se forma por:
Al separa contactos eléctricos aumenta la densidad de corriente y temperatura con emisión de electrones
Efecto de los choques de iones con el cátodo
La emisión del campo debido a la concentración de partículas en el cátodo
Caída de tensión en el arco
El arco eléctrico
representa una
resistencia conectada entre los
electrodos
La caída de tensión no denota un
cambio lineal.
Agrupando las caídas de tensiones se obtiene la siguiente expresión:
Se observa la dependencia de la
longitud
Formula de AyrtonLas
constantes a, b, c, y d dependen
del material de los
electrodos
En el caso del cobre:
•a = 15V•b= 10V/cm•c= 10 VA•d= 50 VA/cm
Comportamiento estático del
arco
Agrupando las constantes
< 100 A
Se introduce la
dependencia de la corriente
Esta relación se obtiene
prescindiendo de A
Comportamiento del Arco en AC
La intensidad del arco varia con la frecuencia, considerando el balance de energía donde:
Q: Energía almacenada
Po: Energía irradiada o transferencia de calor
Teoría de Mayr. comportamiento resistivo del
arco
Donde Qo y K son
constantes
Derivando la expresión en función del tiempo e igualando las ecuaciones obtenidas llegamos a la ecuación dinámica del arco
Indica la dependencia de la intensidad de corriente, en función de la tensión del arco, para cualquier variación del arco
Q0: cantidad de calor almacenada por el arco
Suponiendo que el arco conduce la siguiente intensidad de corriente
Obteniendo la siguiente relación para la caída de tensión en el arco.
En la cual tenemos que
Uz= Punta de encendido: Valor máximo que se observa para la tensión a determinada corriente
Ue= Punta de extinción. Valor mínimo que se da en el cruce por cero
θ es la constante térmica de la resistencia del arco
Comportamiento térmico
Factor de importancia en los interruptores de
potencia
Cámara de
extinción
Deionización
Evitar el reencendido del arco
Si la tensión prevaleciente en el interruptor es mayor a la tensión de recuperación
Reencendido del arco eléctrico
Radio dependiendo del medio de
extinción
Contenido energético del arco
Si el arco permanece encendido
por un tiempo tb se define su contenido energético Wb por la siguiente expresión
El proceso de extinción tiene como fundamento sacar esa energía dentro del arco hacia el exterior, ya sea por: convección y radiación térmica o refrigeración por expansión
Los dispositivos de extinción pueden ser:
•Dependientes de la intensidad de corriente
•Independientes de la intensidad de corriente
Extinción del Arco Existe una longitud máxima para la cual el arco tiende a desgarrase
Sustituyendo la caída de tensión en el arco
Suponiendo que para i = 0 se debe de extinguir el arco, se obtiene la longitud mínima para desgarrar el arco
De la condición U= α, se deduce que el arco no puede persistir sin una tensión mínima que debe ser superior a α
Circuito Resistivo
Circuito Resistivo-
Inductivo en CD
La diferencia entre la tensión en el espacio interelectrodico (U-IR) y la tensión del arco (Ub), da como resultado la caída de tensión inductiva (Ldi/dt).
Para extinguir el arco en todo nivel de corriente se debe de lograr que la caída de tensión inductiva sea negativa
Mecanismos de extinción
Extinción Natural
Se da con el empuje térmico ascendente, que prolonga el arco
Soplado Magnético
La intensidad de corriente que se desea interrumpir se hace circular por una bobina, lo cual crea un campo magnético
Prolongación Artificial del Arco
Se disponen en el espacio interelectrodico segmentos aislantes
Cámaras de Deion
Con fundamento en el efecto Slepian, empleando placas de cobre se busca seccionar el arco en pequeños arcos parciales
Condensadores de Extinción
Conectando condensadores en paralelo al espacio interelectrodico, obligando al crecimiento uniforme de la tensión, de manera que la tensión del arco sea mayor a la tensión prevaleciente en el interruptor
Estos procedimientos son validos en AC hasta niveles de tensión de 660V
El Arco en Corriente Alterna
El comportamiento del arco difiere al de CD ya que este se extingue por si solo en los cruces por cero. Esto se conoce como histéresis del arco
La intensidad de corriente aumenta en el arco y la tensión decae, hasta llegar a un máximo de corriente, luego la corriente empieza a decaer y la tensión se intenta restablecer
Este comportamiento se ve en un circuito resistivo que obedezca las siguientes ecuaciones
Uz: Valor máximo, puede causar un primer reencendido del arco, Reignition
Uv: Puede causar un segundo reencendido del arco, Restrike
Extinción en Corriente Alterna
Si la tensión en el interruptor excede a la tensión de recuperación Ur entonces ocurre un reencendido, de lo contrario si la tensión Ur logra incrementar su valor mas rápido que la tensión en el interruptor entonces no se producirá el reencendido del arco.
Se debe de tomar en cuenta la
naturaleza del circuito
Punto 1: comienzo de la recuperación dieléctrica, deionización del medio
Punto 2: reencendido del arco porque la tensión que prevalece entre los contactos del interruptor supera la rigidez dieléctrica del medio
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