Projeto de um dispositivo eletromecânico para estudo experimental da interrupção de circuitos elétricos na atuação de disjuntores de baixa tensão

Abstract

O processo de interrupção de corrente é a tecnologia principal dos disjuntores de baixa tensão e é caracterizada pela presença de um arco elétrico. Diante disso, este trabalho tem como objetivo projetar e desenvolver um dispositivo para estudo do comportamento de arcos elétricos no decorrer de uma interrupção de corrente em disjuntores de baixa tensão, com isso busca-se fornecer uma contribuição para a compreensão de um fenômeno tão complexo via obtenção de dados elétricos e mecânicos que retratem o seu comportamento. Como metodologia de trabalho, empregou-se o conceito Design Thinking, para o desenvolvimento do projeto do produto, sendo o mesmo dividido em quatro etapas: Imersão; Análise e Síntese; Ideação e Prototipação. A problemática é abordada do ponto de vista experimental pela implementação de ferramentas de diagnóstico e um dispositivo de teste. Um dispositivo experimental eletromecânico dedicado a este estudo foi projetado, simulado e implementado. Sua estrutura consiste de uma fonte de alimentação gerando uma corrente de curto-circuito; um modelo que reproduz a câmara de extinção de um disjuntor de baixa tensão; um sistema para abrir o contato no instante e velocidade desejados; bem como a instrumentação do experimento, incluindo o controle e as ferramentas de diagnóstico. O dispositivo experimental apresentou resultados expressivos e a análise combinada das respostas obtidas durante os testes do protótipo permitiram uma fidedigna reprodução dos principais subsistemas de um disjuntor de baixa tensão empregado como modelo, tais como: força entre contatos de aproximadamente 60 N e ápice de velocidade de deslocamento do contato móvel análogo ou superior 4 m/s. Desta forma, tanto o objetivo geral como os objetivos específicos propostos para este estudo foram considerados como alcançados.

The current interruption process is the main technology of low voltage circuit breakers and is characterized by the presence of an electrical arc. Therefore, this paper aims to design and develop a device to study the behavior of electric arcs during a current interruption in low voltage circuit breakers, with this it seeks to provide a contribution to the understanding of such a complex phenomenon by obtaining electrical and mechanical data that retract its behavior. As a working methodology, the Design Thinking concept was used for the development of the product project, which is divided into four stages: Immersion; Analysis and Synthesis; Ideation and Prototyping. The problematic is approached from an experimental point of view by implementing diagnostic tools and a test device. An electromechanical experimental device dedicated to this study was designed, simulated and implemented. Its structure consists of a power supply generating a short-circuit current; a model that reproduces the extinguishing chamber of a low voltage circuit breaker; a system for opening the contact at the desired time and speed; as well as experiment instrumentation, including control and diagnostic tools. The experimental device presented expressive results and the combined analysis of the responses obtained during the prototype tests allowed a reliable reproduction of the main subsystems of a low voltage circuit breaker used as a model, such as: force between contacts of approximately 60 N and apex of displacement velocity of the mobile contact analogous or higher than 4 m/s. In this way, both the general objective and the specific objectives proposed for this study were considered as achieved.