Interruptoras a vácuo, também conhecidos como tubos de troca de vácuo, são componentes principais de médio - e alto - comutadores de energia de tensão. Sua função principal é extinguir rapidamente os arcos e suprimir o fluxo de corrente em médio - e alto - circuitos de tensão após a desconexão da energia, usando as excelentes propriedades de isolamento do vácuo dentro do tubo para prevenir acidentes e incidentes. Eles são utilizados principalmente em sistemas de transmissão de energia e controle de distribuição, bem como em sistemas de distribuição de energia para metalurgia, mineração, petróleo, engenharia química, ferrovias, transmissão, comunicações e alto alto -} aquecimento de frequência. Eles oferecem vantagens como conservação de energia, conservação de materiais, resistência a incêndio e explosão, tamanho compacto, vida útil longa, baixa manutenção, operação confiável e poluição zero. Os interruptores de vácuo são categorizados pelo uso pretendido em aplicações de disjuntores e aplicativos de troca de carga. Os interruptores do disjuntor são usados principalmente em subestações e instalações de grade de energia no setor de energia, enquanto os interruptores do comutador de carga são usados principalmente pelos usuários finais da grade de energia.
Sua estrutura consiste em uma concha isolante hermética, um circuito condutor, um sistema de blindagem, um fole e outras partes.
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1. Tampa protetora do tubo de escape
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1.
O sistema de isolamento hermético consiste em um revestimento de isolamento hermético feito de vidro ou cerâmica, uma cobertura final móvel, uma tampa final fixa e um fole de aço inoxidável.
Para garantir uma boa travestia entre o vidro, a cerâmica e o metal, além de procedimentos estritos de vedação, a permeabilidade inerente ao ar do material deve ser minimizada e a saída interna deve ser mantida no mínimo. Os foles de aço inoxidável não apenas isolam o vácuo dentro do interruptor de vácuo da atmosfera externa, mas também permitem que o contato móvel e a haste condutiva móvel se movam dentro de uma faixa especificada, concluindo as operações de fechamento e abertura do interruptor de vácuo.
2. Sistema condutor
A haste condutora fixa, a superfície de arco fixo, o contato fixo, o contato móvel, a superfície de arco móvel e a haste condutiva móvel constituem o sistema condutor do interruptor. A haste condutora fixa, a superfície de arco fixa e o contato fixo são chamados coletivamente de eletrodo fixo, enquanto o contato móvel, a superfície de arco móvel e a haste condutiva móvel são chamados coletivamente de eletrodo móvel. Quando um disjuntor de vácuo, interruptor de carga a vácuo ou contator de vácuo, montado a partir de um interruptor de vácuo, é fechado, o mecanismo de operação move a haste condutiva móvel, fechando os dois contatos e concluindo o circuito. Para minimizar e manter a resistência de contato entre os dois contatos e garantir uma boa resistência mecânica quando o interruptor resistir à corrente dinâmica de estado dinâmico -}, uma manga guia é instalada em uma extremidade da haste condutora móvel no interruptor de vácuo. Um conjunto de molas de compressão mantém uma pressão nominal entre os dois contatos. Quando o interruptor a vácuo interrompe a corrente, os dois contatos do interruptor se separam, gerando um arco entre eles. Esse arco se apaga quando a corrente atravessa naturalmente zero, quebrando assim o circuito.
3. Sistema de blindagem
O sistema de blindagem do interruptor de vácuo é composto principalmente por um tubo de blindagem, uma tampa de blindagem e outras peças.
As principais funções do sistema de blindagem são:
(1) impedir que os contatos gerem uma grande quantidade de vapor de metal e gotículas de líquido durante o processo de arco, que contaminará a parede interna da concha isolante e evitará causar a força de isolamento da concha de interruptor a vácuo diminuir ou flashover.
(2) Melhorar a distribuição do campo elétrico dentro do interruptor de vácuo é propício à miniaturização da concha isolante do interruptor de vácuo, especialmente para a miniaturização de altos interruptadores de vácuo de tensão -.
(3) absorver parte da energia do arco e condensar produtos de arco. Em particular, quando o interruptor de vácuo está interrompendo a corrente curta do circuito -, a maior parte da energia térmica gerada pelo arco é absorvida pelo sistema de blindagem, que é propício para melhorar a força de recuperação dielétrica entre os contatos. Quanto mais produtos de arco o sistema de blindagem absorve, maior a energia que ele absorve, que desempenha um bom papel no aumento da capacidade de interrupção do interruptor de vácuo.
4. Contatos
Os contatos são as peças em que os arcos são gerados e extintos, e os requisitos para materiais e estruturas são relativamente altos.
4.1 Os seguintes requisitos são colocados em materiais de contato:
(1) alta capacidade de ruptura. É necessário que o próprio material tenha alta condutividade elétrica, baixa condutividade térmica, alta capacidade de calor e baixa capacidade de emissão de elétrons térmicos.
(2) alta tensão de ruptura. Uma alta tensão de ruptura significa uma alta resistência de recuperação dielétrica, o que é benéfico para a extinção do arco.
(3) Alta resistência à corrosão elétrica. Ou seja, ele pode suportar a erosão do arco e possui baixa evaporação de metal.
(4) Resistência à soldagem.
(5) Valor de corrente de corte baixo, de preferência abaixo de 2,5a.
(6) baixo teor de gás.
Atualmente, o material de contato do interruptor de vácuo usado nos disjuntores é principalmente a liga de cromo de cobre -, com cobre e cromo, cada um representando 50%. Uma folha de liga de cromo de cobre - é soldada na superfície de acasalamento dos contatos superior e inferior, e a espessura é geralmente de 3 mm. A parte restante é chamada de assento de contato e pode ser feita de oxigênio - cobre livre.
4.2 Estrutura de contato
A estrutura de contato influencia significativamente a capacidade de ruptura da câmara de extinção do arco. Diferentes estruturas de contato produzem efeitos variados de extinção do arco. Os primeiros projetos empregavam contatos cilíndricos simples. Embora simples, sua capacidade de ruptura não atendia aos requisitos do disjuntor, limitados a correntes abaixo de 10ka. Atualmente, esses contatos são usados apenas em interruptores de carga a vácuo e altos - contatores de vácuo de tensão usando interruptores de vácuo. Atualmente, três estruturas de contato comuns são usadas: contatos em forma de ranhura em espiral, copo - em forma de contatos com slots inclinados e contatos em forma de campo magnético longitudinal -. O copo de campo magnético longitudinal - em forma de contato é o mais comum.
5. Fole
Os fole de um interruptor a vácuo são os principais responsáveis por garantir o movimento do eletrodo em movimento dentro de uma certa faixa e manter um alto vácuo por um longo período de tempo, garantindo assim a longa vida mecânica do interruptor de vácuo.
Os fole de um interruptor de vácuo são finos - componentes paredes feitos de aço inoxidável com uma espessura de 0,1 - 0,2 mm. Durante a abertura e o fechamento de um interruptor de vácuo, os fole do interruptor estão sujeitos a expansão e contração, resultando em tensão variável na seção transversal dos fole. Portanto, a vida útil dos fole deve ser determinada com base na quantidade de expansão e contração repetidas e na pressão operacional.
A vida útil da fadiga dos fole está relacionada à temperatura operacional. Após o interruptor de vácuo interrompe uma corrente curta curta -, o calor residual da haste condutor é transferido para os fole, fazendo com que a temperatura do fole suba. Quando o aumento da temperatura atingir um certo nível, isso afetará a força da fadiga dos fole.
6. Princípio operacional
Um interruptor a vácuo é um dispositivo elétrico que usa um par de contatos selados no vácuo para conectar e desconectar os circuitos de potência. Utiliza um meio de isolamento - de vácuo alto. Ao interromper uma certa corrente, a corrente diminui para um ponto ou pontos imediatamente após a separação dos contatos móveis e fixos. Isso causa um aumento acentuado na resistência e um rápido aumento da temperatura entre os eletrodos, levando à evaporação do metal do eletrodo. Isso cria um campo elétrico extremamente alto, levando a intensa emissão de campo e quebra de lacunas, criando um arco de vácuo. Quando a corrente operacional se aproxima de zero e o espaçamento de contato aumenta, o plasma de arco a vácuo se espalha rapidamente. Depois que a corrente do arco passa zero, o meio no espaço de contato muda rapidamente de um condutor para um isolador, interrompendo a corrente e encerrando a interrupção.
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