（a） （b） （c）
Le tipiche forme di apertura all'ingresso delle griglie di deionizzazione negli scivoli d'arco degli interruttori automatici a bassa tensione controllano il percorso di ingresso, allungamento e scissione dell'arco attraverso la progettazione geometrica. I tre diagrammi corrispondono rispettivamente alle configurazioni comuni AC e DC:
(a) Tacca standard a U o a V (comunemente utilizzata per CA)
L'ingresso della griglia è progettato con una tacca a forma di U o a V, che serve ai seguenti scopi:
● Cattura dell'arco: facilita l'attacco dell'arco al bordo dell'ingresso della griglia, formando punti di attacco stabili.
● Allungamento iniziale dell'arco: quando l'arco viene spinto dall'area di contatto mediante soffiaggio magnetico o pneumatico, si estende lungo il bordo dell'intaglio, aumentando la sua lunghezza.
● Divisione tra griglie: man mano che l'arco avanza più in profondità, si divide in più segmenti tra griglie adiacenti.
(b) Scanalatura centrale
Sulla base di (a), al centro dell'ingresso viene aggiunta una scanalatura centrale longitudinale. Gli effetti chiave includono:
● Guida dell'arco: l'arco tende a formare punti catodici e anodici lungo i bordi della scanalatura.
● Allungamento prima della divisione: l'arco è costretto ad estendersi verso l'alto lungo la scanalatura centrale prima di dividersi tra le griglie.
● Coerenza dell'ingresso migliorata: migliora la "robustezza della cattura" per archi con ampiezze e posizioni di corrente diverse.
(c) Scanalature sfalsate (comunemente utilizzate per DC)
L'ingresso presenta due scanalature diagonali o biforcute sfalsate (sfalsate). Questo è un tipico progetto di estinzione dell'arco CC: poiché la corrente CC non ha un punto di passaggio per lo zero, l'arco deve essere rapidamente allungato, segmentato e la sua tensione aumentata per superare la tensione del sistema per l'estinzione. Effetti principali:
● Percorso forzato a forma di Z: l'arco è costretto a cambiare punti di attacco e direzione all'ingresso, equivalente a piegarsi più volte prima dell'ingresso, aumentando significativamente la sua lunghezza.
● Separazione anticipata favorita: le scanalature sfalsate consentono all'arco di saltare tra griglie adiacenti più facilmente, formando più archi in serie prima.
● Riflusso dell'arco soppresso: gli archi CC hanno un'elevata stabilità; la struttura sfalsata aumenta la complessità del percorso, riducendo la probabilità di archi prolungati lungo un percorso rettilineo.
Quando i contatti si separano e si forma la radice dell'arco, l'arco è soggetto ad una distinta forza risultante F diretta verso l'alto verso l'ingresso della griglia.
● Curve blu a spirale: Linee del campo magnetico attorno alla corrente dell'arco, che indicano che il campo magnetico attorno all'arco è distribuito in modo non uniforme ma influenzato dalla geometria del conduttore e dai componenti ferromagnetici.
● Gradazione di colore: Rappresenta la densità del flusso magnetico: maggiore in corrispondenza delle curve del conduttore, vicino alle bobine e agli ingressi della griglia.
● Frecce rosse: Direzione della forza risultante sull'arco calcolata da ANSYS.
La direzione della forza deriva da F = I × B (legge della forza di Lorentz). La direzione della corrente dell'arco segue il canale dell'arco e le linee del campo magnetico formano anelli chiusi asimmetrici nella regione dell'arco con una chiara direzione B locale e un gradiente. Pertanto, l'effetto I×B spinge l'arco verso l'ingresso della griglia, indicato dalla F rossa nel diagramma.
Variazioni in diverse posizioni
Quando il canale di corrente dell'arco equivalente si trova in posizioni diverse all'ingresso della griglia, la distribuzione della densità del flusso magnetico sulle griglie ferromagnetiche e sull'apertura a V cambia, alterando il vettore della forza di guida dell'arco. Tuttavia, la tendenza generale è che l’arco viene spinto più in profondità nella tacca a V e si divide ulteriormente tra le griglie.
● Arco all'esterno dell'ingresso
Sono stati condotti test di interruzione di cortocircuito su prototipi di interruttori automatici miniaturizzati per registrare le forme d'onda della corrente di cortocircuito e della tensione di recupero, che sono state correlate ai segni di ablazione dello scivolo dell'arco dopo lo smontaggio.
● Blu (CH2): forma d'onda della corrente di cortocircuito
● Arancione (CH1): tensione di recupero/forma d'onda TRV
(a) Tempo di interruzione: 3,0 ms, Corrente di interruzione: 3670 A (massimo)
La forma d'onda è più intensa con uno squillo evidente dopo il troncamento. Lo scivolo dell'arco presenta un grave annerimento e un accumulo di materiale fuso.
(b) Tempo di interruzione: 3,0 ms, Corrente di interruzione: 2790 A
Picchi netti e risonanze chiare vicino al punto di troncamento riflettono frequenti suddivisioni e commutazioni. Le foto mostrano un'ablazione concentrata nella zona superiore.
(c) Tempo di interruzione: 2,8 ms, Corrente di interruzione: 2820 A
La soppressione e il troncamento della corrente sono più fluidi con la suddivisione continua. L'ablazione è uniforme e viene evitata un'eccessiva nodulazione a punto singolo.
(d) Tempo di interruzione: 3,0 ms, Corrente di interruzione: 2810 A
Tipico processo di ingresso nella zona di divisione e completamento del troncamento quasi senza TRV. L'arco si attacca stabilmente nella zona superiore, determinando un'evidente nodulazione nella parte superiore ma senza un'ablazione complessiva eccessiva.
La forma geometrica dell'ingresso dello scivolo dell'arco determina il percorso iniziale dell'arco dopo essere entrato nella camera dell'arco:
● Tacche a U/V: per la cattura e la guida dell'arco.
● Scanalatura centrale: migliora la coerenza della guida.
● Scanalature sfalsate: per allungamento precoce e divisione multi-segmento in condizioni DC.
I risultati della simulazione ANSYS vengono verificati reciprocamente con i dati di test effettivi, riducendo in una certa misura la difficoltà e il tempo richiesti per lo sviluppo.
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