Nei circuiti CA, la corrente passa attraverso lo zero due volte per ciclo; l'arco si spegne naturalmente al punto di passaggio per lo zero, rendendo la soppressione dell'arco relativamente semplice. Al contrario, i relè CC ad alta tensione, che utilizzano la stampaggio di fogli di rame per i relè EV, trasportano una direzione di corrente costante senza punto naturale di passaggio per lo zero. Una volta formato l'arco, questo persiste tra i contatti; sono necessarie strutture esterne per raffreddare, allungare e dividere l'arco per ottenere l'estinzione. Questa assenza di un punto di passaggio per lo zero rappresenta una sfida tecnica fondamentale che distingue i relè CC ad alta tensione dai relè CA convenzionali, imponendo requisiti rigorosi sul design, sui materiali e sulla precisione di produzione delle parti interne stampate in rame.
Un arco CC prolungato può raggiungere temperature di diverse migliaia di gradi Celsius, erodendo continuamente le superfici di contatto e provocando la fusione, l'evaporazione e gli schizzi del materiale di contatto. Il degrado dei contatti porta ad un aumento degli spazi tra i contatti e ad un aumento della resistenza di contatto, che a sua volta intensifica la generazione di calore durante la chiusura, creando un circolo vizioso. Se l'energia dell'arco non viene dissipata rapidamente, l'integrità dell'isolamento della camera sigillata può essere compromessa; a tensioni del bus CC che vanno da diverse centinaia a oltre un migliaio di volt, ciò crea un alto rischio di cortocircuiti e incendi causati da archi elettrici. Il terminale di contatto interno in rame per contattore relè HVDC EV funge sia da elementi conduttivi che da supporti elastici, resistendo a un'esposizione prolungata agli aumenti di temperatura, alla radiazione termica dell'arco e agli shock meccanici ciclici; qualsiasi mancato rispetto della tolleranza dimensionale o degli standard di qualità della superficie aggrava ulteriormente le condizioni di contatto.
Per affrontare la sfida dell'estinzione dell'arco CC, i relè CC ad alta tensione impiegano varie strategie di soppressione: camere ceramiche sigillate riempite con gas inerte o idrogeno (sfruttando l'elevata conduttività termica dell'idrogeno per accelerare il raffreddamento dell'arco); strutture di scoppio magnetiche integrate che utilizzano la forza di Lorentz per trascinare, allungare e dividere l'arco, aumentando così la resistenza della colonna dell'arco per ottenere l'estinzione; e ampolle sotto vuoto in alcuni progetti, che si affidano all'elevata rigidità dielettrica del vuoto per estinguere rapidamente l'arco. Il funzionamento stabile dell'intero gruppo di estinzione dell'arco si basa sul terminale stampato in rame di precisione per il relè di ricarica dei veicoli elettrici che funge da percorsi conduttivi, supporti a molla e portanti di connessione terminale; fattori quali la planarità, il controllo delle bave e la gestione del ritorno elastico di questi componenti in rame influiscono direttamente sulla precisione dell'assemblaggio interno e sulla stabilità della conduttività elettrica.
Anche la scelta del materiale dei contatti deve essere adatta alle condizioni di interruzione CC. I materiali di contatto compositi, come l'ossido di argento-stagno e l'ossido di argento-zinco, formano una struttura di particelle di ossido alle elevate temperature dell'arco; questa struttura inibisce lo scorrimento della matrice d'argento, riducendo così il rischio di saldature per contatto. I relè CC ad alta tensione richiedono spazi tra i contatti maggiori rispetto ai relè CA con la stessa corrente nominale per estendere il percorso di raffreddamento dell'arco, richiedendo allo stesso tempo una pressione di contatto sufficiente per mantenere una resistenza di contatto bassa e stabile. Questa pressione è fornita dal relativo stampaggio personalizzato del rame per relè EV; il materiale di base e il processo di stampaggio determinano la stabilità a lungo termine della forza della molla, prevenendo il degrado del contatto causato dal cedimento per fatica.
Quando si selezionano relè CC ad alta tensione, gli ingegneri di sistema devono valutare non solo i parametri di tensione e corrente nominali, ma anche le curve del potere di interruzione, la corrente di interruzione massima e le costanti di tempo di carico. Nei circuiti CC con induttanza maggiore, al momento dell'interruzione viene immagazzinata una maggiore energia del campo magnetico, rendendo più difficile l'estinzione dell'arco. Se la costante di tempo del circuito supera i limiti testati del prodotto, diventa necessario un declassamento o la selezione di un dispositivo con specifiche di interruzione più elevate.
Il funzionamento dei relè CC ad alta tensione in condizioni di carico CC è essenzialmente una sfida di gestione dell'energia dell'arco su una scala temporale di millisecondi. Richiede la dissipazione sicura dell'energia dell'arco per proteggere i contatti e l'alloggiamento sigillato, richiedendo anche che i terminali fissi interni in rame per i relè ad alta tensione della nuova energia, come quelli utilizzati nei relè dei veicoli elettrici, possiedano dimensioni precise, proprietà meccaniche stabili ed eccellente conduttività per garantire affidabilità a lungo termine all'interno del sistema ad alta tensione del veicolo. Ciò rappresenta sia una sfida fondamentale nella progettazione dei relè ad alta tensione, sia un obiettivo tecnico chiave per lo sviluppo di componenti stampati in rame.
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