1.
Arcul electric în
aparatele de comutație
Efectuat elevul gr. En-0120: Borș Ion
Verificat profesor: Damian Leonid
Ministerul Educației din Republicii Moldova
Centru de excelență în Energetică și Electronică
Catedra :Electrotehnică

2.
Cuprins:
 Generalități;
 Arcul electric în aparatele de comutație;
 Locul arcului electric in cadrul descarcarilor in gaze;
 Formarea arcului electaparatele de comutatie;
- Arcul electric la separarea pieselor de contact;
-Arcul electric la inchiderea pieselor de contact;
- Regimul dinamic al arcului electric;
 Camere de stingere cu hexaflorură de sulf (SF6)
 Tipuri de dispozitive cu rupere în SF6 si domeniile lor de aplicare
-Ruperi cu autocompresie;
-Autoexpansiunea;
-Ghidarea mecanica;
- Ghidarea magnetica .

3.
Un arc electric este o descărcare electrică continuă produsă într-un mediu gazos.
Se poate produce prin apropierea cablurilor de înaltă tensiune deoarece prin
acestea trece o tensiune electrică suficient de mare pentru a cauza acest fenomen.
Generalități:

4.
 Arcul electric în aparatele de comutație
La deconectarea circuitelor electrice in sarcina, intre elementele de contact ale aparatelor
de comutatie (intreruptoare, contactoare, etc.) apare un arc electric ai carui parametri
(tensiune, densitate de curent, durata) depind de conditiile locale din camera de stingere.
Arcul electric conduce la o solicitare suplimentara cauzata de transferul de energie din
coloana arcului electric catre piesele componente conductoare sau izolante ale aparatului.
Aceasta solicitare se manifesta prin supratemperaturi care pot solicita elementele de
contact pana la vaporizare. Si la inchiderea unui aparat electric de comutatie poate apare
un arc electric intre elementele de contact , dar daca viteza de inchidere este suficient de
ridicata efectul termic al acestui proces este nesemnificativ.

5.
 Locul arcului electric in cadrul descarcarilor in gaze
Arcul electric din aparatele de comutatie este o descarcare intr-un gaz (aer, SF6, N2,
etc.), caracterizata prin temperatura ridicata si densitate mare de curent la electrod. In
conditii normale si la intensitati reduse ale campului electric, gazele, in general, sunt
perfect izolante. Dar chiar la intensitati reduse ale ale campului electric, un gaz poate
deveni sediul unei vehiculatii de purtatori de sarcina sub actiunea ionizatorilor, cum sunt
razele Röntgen, radiatiile corpurilor radioactive, razele cosmice, radiatiile in domeniul
ultraviolet.
Gaze electronegative. Sunt unele gaze, printre care si SF6, mult folosite in constructia
aparatelor electrice de comutatie si a unor instalatii electrice, care se numesc electronegative.
Molecula unui astfel de gaz formeaza prin fixarea unui electron un ion negativ stabil. Energia
potentiala a unui astfel de ion este mult inferioara energiei unui electron. Formarea ionilor
negativi diminueaza numarul de electroni care pot fi accelerati in camp electric si deci care
provoaca ionizarea prin soc. Afinitatea moleculelor gazelor electronegative fata de electroni
poate fi definita printr-o cifra de captare . Prin procesul de captare, electronii isi pierd energia
lor cinetica, respectiv pentru formarea ionilor negativi este nevoie de o energie. Aceasta
energie de formare Wf, masurata in eV, se numeste afinitate fata de electroni (pentru SF6, Wf
= 0.6 eV).

6.
 Formarea arcului electaparatele de comutatie
In aparatele de comutatie (contactoareric in, intreruptoare) arcul electric apare la separarea pieselor
de contact, in procesul de deconectare al aparatului si inainte de atingerea pieselor de contact in
procesul de conectare.
Arcul electric la separarea pieselor de contact Formarea arcului electric la sepa-rarea pieselor de
contact se poate urmari schematic pe Fig. 1. Pana in momentul t1 piesele de contact sunt in atingere
fiind apasate una asupra celeilalte cu o forta suficienta pentru a obtine o tensiune rezonabila pe
contact:
In intervalul t1 – t2 forta de apasare scade, aparatul se deschide, aria punctului de contact se diminueaza,
rezistenta electrica creste, metalul se incalzeste ridicandu-si temperatura pana la temperatura de topire. In
aceasta situatie, tensiunea pe contact este:
Rezultatul este formarea de plasma in locul format anterior de puntea metalica. Dupa formarea
plasmei are loc vehicularea purtatorilor de sarcina care, din cauza sarcinilor spatiale, in fata catodului
mai ales, dar si in fata anodului, distorsioneaza puternic campul electric.
Diagrama de principiu la formarea arcului electric

7.
Arcul electric la inchiderea pieselor de contact La apropierea pieselor de contact una
fata de cealalta, are loc, daca tensiunea este ridicata, o strapungere. La aparatele in vid
intensitatea campului critic este de (6 . 10) 109 V/m iar initierea dscarcarii apare ca
urmare a emisiei de electroni prin efectul de camp electric. La aparatele cu SF6 are loc,
dupa aparitia de electroni prin emisie datorita campului, o strapungere a spatiului
disruptiv la generarea unui numar critic de electroni n = 108, pentru formarea
streamerului de strapungere.
Regimul dinamic al arcului electric
Arcul electric in aparatele de comutatie, ca fenomen de descarcare electrica intr-un
gaz, este puternic influentat de conditiile locale din camera de stingere, cum sunt
lungimea arcului, cedarea de caldura, intensitatea curentului si felul curentului
(alternativ, continuu).
In tehnica intreruperii se urmareste limitarea duratei arcului electric in scopul
reducerii la minimum a efectelor curentilor de scurtcircuit in instalatiile protejate de
aparat.

8.
Camere de stingere cu hexaflorură de sulf (SF6)
Folosirea gazului hexaflorura de sulf (SF6),
la stingerea arcului electric si apoi la asigurarea
izolatiei intre piesele de contact, se justifica
prin proprietatile fizice ale acestui gaz.
SF6 este un gaz electronegativ si isi
pastreaza aceasta proprietate pana la
cateva mii de grade. Aceasta
proprietate determina tensiuni de
strapungere mult superioare celor in
aer, la aceasi presiune. Hexaflorura de
sulf nu ataca materiale de constructie,
cu exceptia celor cu continut de
hidrogen si de aceea piesele izolante se
construiesc din teflon.
Modelul stingerii arcului electric in SF6
Tehnica de rupere care foloseste acest gaz a fost prima data dezvoltata în anii 1970
asemenea tipului de rupere în vacuum.

9.
Tipuri de dispozitive cu rupere în SF6 si domeniile lor de aplicare
Tipurile de dispozitive SF6, se diferentiaza prin metodele de racire a arcului , fiecare având diferite
caracteristici si domenii de aplicare.
Ruperi cu autocompresie
În acest tip de întreruptor, arcul este stins prin eliberarea unui volum de SF6 compresat de actiunea unui
piston: când aparatul deschide, un cilindru atasat la contactul mobil se misca si compreseaza volumul de
SF6 O duza directioneaza gazul pe directia arcului actionand transversal sau longitudinal
La curenti mari, arcul implica un efect de blocare care
contribuie la acumularea de gaz compresat. Când curentul se
apropie de zero, arcul este în primul rând racit apoi stins datorita
injectiei cu molecule ale noului SF6.
Aceasta tehnologie permite ca toti curentii pâna la capacitatea
de rupere sa fie întrerupti fara nici o problema si fara curent
critic, atâta timp cât energia necesara ruperii arcului este produsa
pe cale mecanica care este independenta de curentul care trebuie
întrerupt.

10.
Autoexpansiunea
Ruperile prin autoexpansiune folosesc energia termica disipata de arc ca sa creasca presiunea
în volumul de SF6
Efectul de pompa depinde de valoarea curentului, care permite o
energie de control mica si o rupere usoara, dar cu riscul aparitiei
curentilor critici.
Pentru ca presiunea gazului sa actioneze asupra coloanei arcului ,
jetul de gaze trebuie ghidat.
Ghidarea mecanica (tipul autocompresiei) Arcul este mentinut
centrat între doua contacte prin pereti izolati condensând fluxul
gazos într-un mod asemanator duzelor folosite la auto-compresie.
Aceasta tehnica este sigura si simpla dar creste energia
necesara controlului. De fapt, prezenta acestor mecanisme
în zona arcului reduce performanta dielectrica a SF6 în
timpul fazei de restabilire, care conduce la o crestere a
intervalului dintre electrozi si a vitezelor de deplasare ale
contactelor, si chiar a presiunii SF6.

11.
Ghidarea magnetica (tipul arcului rotitor)
În aceasta tehnologie contactele sunt mentinute in SF6 la o anumita presiune . Deschiderea
contactului conduce la aparitia arcului ce creste temperatura in camera de stingere , implicit
presiunea gazului . Bobina creaza un camp magnetic ce interactioneaza cu curentul din arc ,
conducand la miscarea coloanei de arc .Arcul se raceste la miscarea lui prin SF6. Viteza mare de
rotatie a arcului este datorata fortei la produse de câmpul magnetic creat de curentii care trec prin
bobina si curentul din coloana arcului , forta ce accelereaza arcul într-o miscare circulara. Arcul
este astfel racit uniform în SF6.
Capacitatea de racire a
dispozitivului depinde direct de
valoarea curentului de scurtcircuit,
care da acestui dispozitiv o
capacitate de rupere blânda folosind
o energie de operare mica: energia
necesara la rupere este suplimentata
complet de arc si curentii mici sunt
întrerupti fara ciopârtiri sau
supratensiuni.

12.
Bibliografie:
 https://www.rasfoiesc.com/inginerie/electronica/Arc
ul-electric-in-aparatele-de81.php
 https://zdocs.mx/doc/capv-arcul-electric-in-
aparatele-de-comutatie-e12lz0j9y2pv
 https://www.scritub.com/tehnica-mecanica/Arcul-
electric31951.php
 https://biblioteca.regielive.ro/referate/energetica/a
rcul-electric-de-curent-alternativ-86988.html
 https://www.rasfoiesc.com/inginerie/electronica/INT
RERUPATOARE-CU-HEXAFLORURA-39.php
 https://www.scritub.com/tehnica-mecanica/Camere-
de-stingere-ale-arcului95382311.php