（a） (b) （c）
As formas típicas de abertura na entrada das grades de desionização em calhas de arco de disjuntores de baixa tensão controlam o caminho de entrada, alongamento e divisão do arco através do desenho geométrico. Os três diagramas correspondem a configurações comuns de CA e CC, respectivamente:
(a) Entalhe padrão em forma de U ou V (comumente usado para CA)
A entrada da grade é projetada com entalhe em forma de U ou V, atendendo às seguintes finalidades:
● Captura de arco: facilita a fixação do arco na borda da entrada da grade, formando pontos de fixação estáveis.
● Alongamento inicial do arco: quando o arco é empurrado para fora da área de contato por sopro magnético ou pneumático, ele se estende ao longo da borda do entalhe, aumentando seu comprimento.
● Divisão entre grades: à medida que o arco avança mais profundamente, ele se divide em vários segmentos entre grades adjacentes.
(b) Ranhura Central
Com base em (a), uma ranhura central longitudinal é adicionada no centro de entrada. Os principais efeitos incluem:
● Orientação do arco: O arco tende a formar pontos de cátodo e ânodo ao longo das bordas da ranhura.
● Alongamento antes da divisão: o arco é forçado a se estender para cima ao longo da ranhura central antes de se dividir entre as grades.
● Consistência de entrada aprimorada: melhora a "robustez de captura" para arcos com diferentes amplitudes e posições de corrente.
(c) Ranhuras escalonadas (comumente usadas para DC)
A entrada apresenta duas ranhuras diagonais ou bifurcadas escalonadas (deslocadas). Este é um projeto típico de extinção de arco CC: como a corrente CC não tem ponto de cruzamento zero, o arco deve ser rapidamente alongado, segmentado e sua tensão aumentada para exceder a tensão do sistema para extinção. Principais efeitos:
● Caminho em forma de Z forçado: o arco é forçado a mudar os pontos de fixação e a direção na entrada, equivalente a dobrar várias vezes antes da entrada, aumentando significativamente seu comprimento.
● Divisão antecipada promovida: ranhuras escalonadas permitem que o arco salte entre grades adjacentes com mais facilidade, formando vários arcos em série mais cedo.
● Refluxo de arco suprimido: os arcos CC têm alta estabilidade; a estrutura escalonada aumenta a complexidade do caminho, reduzindo a probabilidade de formação de arco sustentado ao longo de um caminho reto.
Quando os contatos se separam e a raiz do arco se forma, o arco é submetido a uma força resultante distinta F direcionada para cima em direção à entrada da grade.
● Curvas semelhantes a bobinas azuis: Linhas de campo magnético ao redor da corrente do arco, indicando que o campo magnético ao redor do arco está distribuído de forma desigual, mas influenciado pela geometria do condutor e pelos componentes ferromagnéticos.
● Gradação de cores: Representa a densidade do fluxo magnético – maior nas curvas dos condutores, perto das bobinas e nas entradas da grade.
● Setas Vermelhas: Sentido da força resultante no arco calculado pelo ANSYS.
A direção da força é derivada de F = I × B (lei da força de Lorentz). A direção da corrente do arco segue o canal do arco, e as linhas do campo magnético formam circuitos fechados assimétricos na região do arco com uma direção B local e gradiente claros. Assim, o efeito I×B empurra o arco em direção à entrada da grade, indicada pelo F vermelho no diagrama.
Variações em diferentes posições
Quando o canal de corrente do arco equivalente está em posições diferentes na entrada da grade, a distribuição da densidade do fluxo magnético nas grades ferromagnéticas e na abertura em forma de V muda, alterando o vetor de força motriz do arco. No entanto, a tendência geral é que o arco seja empurrado mais profundamente para dentro do entalhe em forma de V e se divida ainda mais entre as grades.
● Arco fora da entrada
Testes de interrupção de curto-circuito foram conduzidos em protótipos de disjuntores em miniatura para registrar formas de onda de corrente de curto-circuito e tensão de recuperação, que foram correlacionadas com marcas de ablação do chute de arco após a desmontagem.
● Azul (CH2): forma de onda de corrente de curto-circuito
● Laranja (CH1): Tensão de recuperação/forma de onda TRV
(a) Tempo de interrupção: 3,0 ms, Corrente de interrupção: 3670 A (Máximo)
A forma de onda é mais intensa com toque óbvio após o truncamento. A calha do arco mostra escurecimento severo e acúmulo de metal fundido.
(b) Tempo de interrupção: 3,0 ms, Corrente de interrupção: 2790 A
Picos agudos e toques nítidos perto do ponto de truncamento refletem divisões e trocas frequentes. As fotos mostram ablação concentrada na área superior.
(c) Tempo de interrupção: 2,8 ms, Corrente de interrupção: 2.820 A
A supressão e o truncamento de corrente são mais suaves com a divisão contínua. A ablação é uniforme e evita-se a nodulação excessiva de um único ponto.
(d) Tempo de interrupção: 3,0 ms, Corrente de interrupção: 2.810 A
Processo típico de entrada na zona de divisão e conclusão do truncamento quase sem TRV. O arco fixa-se de forma estável na área superior, resultando em nodulação óbvia na parte superior, mas sem ablação geral excessiva.
A forma geométrica da entrada da calha do arco determina o caminho inicial do arco após entrar na câmara de arco:
● Entalhes em forma de U/V: para captura e orientação de arco.
● ranhura central: melhora a consistência da orientação.
● Canais escalonados: para alongamento precoce e divisão de vários segmentos sob condições DC.
Os resultados da simulação ANSYS são verificados mutuamente com dados de teste reais, reduzindo até certo ponto a dificuldade e o tempo necessários para o desenvolvimento.
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