Ouverture des circuits électriques

L'ouverture de circuits électriques signifie généralement processus de transition, dans lequel le courant du circuit passe d'une certaine valeur à zéro. Dans la dernière étape d'ouverture du circuit, un espace apparaît entre les contacts du dispositif de déconnexion, qui, en plus d'une conductivité nulle, doit également avoir une rigidité diélectrique suffisamment élevée pour résister à l'action de la tension du circuit qui lui est restituée.

Caractéristiques physiques de la décharge d'arc

Arc électrique peut se produire lorsque l'espace entre les contacts (électrodes) se rompt ou lorsqu'ils s'ouvrent. Lorsque les contacts s'ouvrent, la formation d'arc entre eux est facilitée par la formation de "points" incandescents sur la surface de contact, qui sont la conséquence de densités de courant importantes sur de petites zones de "séparation". Cela provoque la formation d'un arc à la rupture des contacts, même à une tension assez faible (de l'ordre de quelques dizaines de volts).

Il est généralement admis que les conditions minimales pour l'apparition d'un arc au moins instable sur les contacts sont courant environ 0,5 A et tension 15 — 20 V.

L'ouverture des contacts à des valeurs inférieures de tension et de courant ne s'accompagne généralement que de petites étincelles. À des tensions de circuit ouvert plus élevées, mais à des courants plus faibles, la formation entre les contacts ouverts est possible décharge luminescente.

La présence d'une décharge luminescente se caractérise par une chute importante de la tension cathodique (jusqu'à 300 V). Si une décharge luminescente se transforme en décharge d'arc, par exemple, lorsque le courant dans le circuit augmente, la chute de tension cathodique diminue à 10 - 20 V.

Les caractéristiques de la décharge d'arc à haute pression d'un milieu gazeux sont :

• haute densité de courant dans la colonne d'arc ;

• haute température du gaz à l'intérieur du canal d'arc, atteignant 5000 K, et dans des conditions de déionisation intense, 12000 - 15000 K et plus;

• haute densité de courant et faible chute de tension aux électrodes.

Habituellement, l'objectif est de s'assurer que le processus d'ouverture du circuit se déroule le plus rapidement possible. A cet effet, des dispositifs de commutation spéciaux (interrupteurs, disjoncteurs, contacteurs, fusibles, disjoncteurs, etc.) sont utilisés.

Les phénomènes d'arc ne sont pas observés uniquement dans les disjoncteurs. Un arc électrique peut se produire lors de l'ouverture des contacts. sectionneurs haute tension, lorsque l'isolation des lignes se chevauche, lorsque les éléments de protection des fusibles sont grillés, etc.

La complexité des dispositifs de ces appareils dépend des exigences qui leur sont imposées en termes de niveaux de tension de fonctionnement, de courants nominaux et de court-circuit, de niveaux de surtensions survenues, de conditions atmosphériques, d'indices de vitesse, etc.

Caractéristiques de l'ouverture des circuits électriques à travers des sectionneurs

La question de l'extinction de longs arcs ouverts de courant alternatif est le plus souvent rencontrée lorsque l'on travaille avec de simples sectionneurs tels que des déclencheurs. De tels sectionneurs n'ont pas de dispositifs de suppression d'arc spéciaux et, lorsque les contacts s'ouvrent, ils ne font que prolonger l'arc dans l'air.

Pour améliorer les conditions d'étirement de l'arc, les sectionneurs sont équipés d'électrodes à cornet ou à tige supplémentaires, le long desquelles l'arc est soulevé et étiré sur une grande longueur.

Il existe de nombreuses vidéos téléchargées sur Internet qui montrent le processus d'arc lorsque les contacts des sectionneurs s'ouvrent en charge (ceux-ci peuvent être facilement trouvés en recherchant «arcing disconnector»).

La formation d'arcs ouverts au niveau des sectionneurs ou entre les conducteurs et la terre sur les lignes électriques est fortement encouragée par le vent. En présence de vent, l'arc peut être plus court et donc éliminé plus rapidement qu'en l'absence de vent.Cependant, un facteur tel que le vent ne doit pas être pris en compte en raison de son incohérence, mais en fonction de conditions plus sévères - le absence de vent.

À l'aide de sectionneurs, il est impossible de couper un courant important, car l'arc atteint en même temps une longueur considérable, formant beaucoup de flammes, faisant fortement fondre les contacts du dispositif de déconnexion. Un arc ouvert puissant endommage facilement les isolateurs avec lesquels il entre en contact, provoque un chevauchement entre les phases, ce qui entraîne un court-circuit dans le réseau.

Les sectionneurs conventionnels sont largement utilisés pour déconnecter les courants de circuit ouvert de petits transformateurs, les courants de ligne de charge capacitifs, les courants de faible charge, etc.

Façons d'ouvrir des circuits électriques

En principe, les méthodes suivantes sont possibles pour ouvrir des circuits électriques à courant continu et à courant alternatif.

1. Arc électrique simple des circuits électriques

Ce groupe comprend de telles méthodes d'ouverture de circuits électriques à courant continu et alternatif, dans lesquelles aucune mesure supplémentaire spéciale n'est prise pour limiter le courant dans le circuit avant d'ouvrir les contacts ou des mesures spéciales pour réduire l'énergie de l'arc dans l'intervalle d'arc du briseur.

Dans ce mode d'ouverture, les conditions de coupure sont assurées par au plus chambre d'extinction d'arc du dispositif de déconnexion en créant la rigidité diélectrique requise de l'entrefer lorsque le courant passe par zéro (courant alternatif) ou en atteignant une valeur suffisante de la tension d'arc (courant continu).

Lors de l'amorçage, les contacts de l'appareil peuvent s'ouvrir dans n'importe quelle phase du courant circulant dans le circuit, par conséquent les contacts et les éléments de la chambre d'arc doivent être conçus pour l'impact d'un arc de puissance et d'énergie relativement élevées.

Chambres d'extinction d'arc pour appareils électriques

Disjoncteur Arc Chute

2. Ouverture d'arc limitée des circuits électriques

Ces méthodes d'exclusion comprennent celles dans lesquelles un nombre relativement important d'agents actifs ou réactivité, en raison de laquelle le courant dans le circuit diminue de manière assez significative par rapport à sa valeur qui existait avant le début de la limitation. L'interrupteur coupe le courant limité qui reste dans le circuit.

Dans ce cas, un arc à puissance limitée se produit au niveau des contacts et l'extinction de l'arc sur le courant restant est une tâche plus simple que si le courant n'était pas limité.

Classiquement, nous incluons de telles méthodes de déconnexion dans le même groupe, dans lesquelles la phase d'interruption de courant est strictement fixe ou le temps de combustion de l'arc sur les contacts est limité par certaines mesures spéciales, par exemple, des dispositifs à vannes, etc.

3. Ouverture sans arc des circuits électriques

Le processus d'ouverture des circuits électriques dans ce cas est caractérisé par le fait que la décharge d'arc au niveau des contacts principaux se produit complètement ou se présente sous la forme d'un arc instable à très court terme en raison de l'influence de l'inductance et de l'inductance mutuelle des circuits . Ce type d'ouverture de circuit est généralement réalisé au moyen de vannes de forte puissance (diodes au silicium ou thyristors) utilisées comme éléments de shuntage des contacts principaux du disjoncteur.

Caractéristiques d'extinction d'arc lors de l'ouverture des circuits électriques CC et CA

Les conditions d'extinction d'arc AC avec désionisation active de l'entrefer de l'appareil de commutation sont fondamentalement exclues des conditions d'extinction des arcs DC et des arcs AC ouverts longs.

Dans un arc permanent ou dans un arc alternatif long ouvert, l'extinction se produit principalement parce que lorsque l'arc est étiré, la source d'énergie électrique est incapable de couvrir la chute de tension dans la colonne d'arc, à la suite de quoi une condition instable se produit et le l'arc est éteint.

Lorsqu'un arc se produit dans un circuit alternatif, lorsque la colonne d'arc est activement déionisée ou se divise en une série d'arcs courts, l'arc peut être éteint même lorsque la source a encore une tension d'alimentation élevée pour maintenir la combustion de l'arc, mais qui s'avère être insuffisant pour assurer son amorçage - à un passage par zéro du courant.

Dans des conditions de déionisation active lors du passage par zéro du courant, la conductivité de la colonne d'arc diminue tellement que, au moins pendant une courte période, une tension importante doit lui être appliquée pour démarrer l'arc dans le demi-cycle suivant.

Si le circuit n'est pas en mesure de fournir une tension suffisante et le taux d'augmentation de l'écart, après que le courant passe à zéro, le courant est interrompu, c'est-à-dire que l'arc n'apparaît pas dans le demi-cycle suivant et le circuit est finalement éteindre.

Considérez ensuite les plus courants ouverture simple des circuits d'arc.

Si la tension et le courant de la source du circuit dépassent certaines valeurs critiques, alors aux contacts du dispositif de déconnexion électrique lorsqu'ils s'ouvrent, une décharge d'arc stable se produit… Si les contacts divergent davantage ou si l'arc est soufflé dans la chambre d'extinction d'arc du sectionneur, des conditions de combustion d'arc instables sont créées et l'arc peut être éteint.

À mesure que la tension et le courant du circuit augmentent, la difficulté à créer des conditions d'arc instables augmente rapidement. À des tensions atteignant des milliers et des dizaines de milliers de volts et des courants relativement élevés (milliers d'ampères), un arc très puissant se produit dans les contacts du dispositif de déconnexion, afin de l'éteindre et donc de couper le circuit, des mesures doivent être prises pour utiliser des dispositifs d'extinction d'arc plus ou moins sophistiqués... Des difficultés particulièrement importantes surviennent lors de la coupure des circuits à courant continu.

Des difficultés considérables doivent également être surmontées lors d'un rocher. courants de court-circuit dans les circuits alternatifs pendant de courtes périodes (centièmes et millièmes de seconde).

La coupure rapide du circuit et l'élimination des courts-circuits qui en résultent dans les installations électriques sont dictées par un certain nombre de circonstances et tout d'abord par la nécessité de maintenir la stabilité de fonctionnement. systèmes électriques, protection des fils et des équipements contre les effets thermiques des courants de court-circuit, protection des contacts et des chambres à arc des dispositifs de déconnexion contre l'action destructrice d'un arc puissant.

L'élimination rapide de l'arc en circuit ouvert est également d'une grande importance et dans les dispositifs pour circuits de commande basse tension, qui sont généralement conçus pour un très grand nombre de processus de commutation. La réduction de la durée de la combustion à l'arc entraîne une réduction de la combustion des contacts et d'autres éléments de l'appareil et, par conséquent, une augmentation de la durée de vie.

Cependant, une élimination très rapide de l'arc peut entraîner des surtensions très importantes dans le circuit car l'arc, lorsque le circuit est ouvert, absorbe l'énergie électromagnétique stockée dans le circuit, qui peut être convertie en énergie de surtension électrostatique. Ainsi, la décharge d'arc peut jouer un rôle positif dans certains cas. Cela devrait être pris en compte.

Le problème de la création de dispositifs de déconnexion haute et basse tension fiables à grande vitesse repose tout d'abord sur la solution correcte du problème de l'extinction de l'arc.

L'interruption des circuits électriques basse et haute tension avec formation d'un arc puissant dans les contacts des appareils électriques est un processus complexe, dont l'étude est consacrée à un grand nombre d'études théoriques et expérimentales et de développements de conception.

Il existe un grand nombre de méthodes d'extinction des arcs alternatifs et continus qui sont utilisées en pratique en fonction des niveaux de tension de fonctionnement, de l'amplitude des courants, du temps de fonctionnement requis des dispositifs de déconnexion, des conditions de sécurité, etc.

À l'heure actuelle, la formation d'arc simple reste la voie principale que la technologie des dispositifs de commutation CA et CC haute et basse tension continue d'emprunter.

Voir également:Disjoncteurs à vide haute tension — Conception et principe de fonctionnement