O interruptor de vácuo, também conhecido como tubo de interruptor a vácuo, é o componente central do interruptor de energia de média e alta tensão. Sua principal função é extinguir rapidamente o arco e suprimir a corrente após o circuito de média e alta tensão ser cortado da fonte de alimentação por meio do excelente isolamento do vácuo no tubo, de modo a evitar acidentes e eventos inesperados. É usado principalmente em sistemas de controle de transmissão e distribuição de energia, bem como em metalurgia, mineração, petróleo, indústria química, ferrovia, radiodifusão, comunicação, aquecimento industrial de alta frequência e outros sistemas de distribuição de energia. Possui as características de economia de energia, economia de material, prevenção de incêndio, prevenção de explosão, tamanho pequeno, longa vida útil, baixo custo de manutenção, operação confiável e sem poluição. O interruptor a vácuo é dividido em interruptor para disjuntores e interruptor para interruptores de carga em termos de uso. O interruptor para disjuntores é usado principalmente em subestações e instalações de rede elétrica no setor de energia, e o interruptor para interruptores de carga é usado principalmente para usuários finais da rede elétrica.
1. Sistema de isolamento hermético
O sistema de isolamento hermético é composto por uma concha de isolamento hermético feita de vidro ou cerâmica, uma tampa de extremidade móvel, uma tampa de extremidade fixa e fole de aço inoxidável. Para garantir uma boa estanqueidade entre vidro, cerâmica e metal, além de procedimentos operacionais rigorosos durante a vedação, o próprio material deve ter uma permeabilidade mínima ao ar e a liberação interna de ar deve ser limitada a um valor mínimo. O papel do fole de aço inoxidável não é apenas isolar o estado de vácuo dentro da câmara de extinção de arco a vácuo do estado atmosférico externo, mas também permitir que o contato móvel e a haste condutora móvel se movam dentro de uma faixa especificada para concluir as operações de fechamento e desconexão do interruptor de vácuo.
2. Sistema condutor
A haste condutora fixa, a superfície do arco fixo, o contato fixo, o contato móvel, a superfície do arco móvel e a haste condutora móvel constituem o sistema condutor da câmara de extinção de arco. A haste condutora fixa, a superfície do arco fixo e o contato fixo são chamados coletivamente de eletrodos fixos, e o contato móvel, a superfície do arco móvel e a haste condutora móvel são chamados coletivamente de eletrodos móveis. Quando o disjuntor a vácuo, o interruptor de carga a vácuo e o contator a vácuo montados pela câmara de arco a vácuo são fechados, o mecanismo operacional fecha os dois contatos por meio do movimento da haste condutora móvel, completando a conexão do circuito. Para minimizar a resistência de contato entre os dois contatos, manter a estabilidade e garantir que a câmara de arco tenha boa resistência mecânica quando suportar corrente estável dinâmica, o interruptor a vácuo é fornecido com uma luva guia em uma extremidade da haste condutora móvel e um conjunto de molas de compressão é usado para manter uma pressão nominal entre os dois contatos. Quando o interruptor a vácuo interrompe a corrente, os dois contatos da câmara de arco se separam e um arco é gerado entre eles até que o arco seja extinto quando a corrente passa naturalmente por zero, completando assim a interrupção do circuito.
3. Sistema de blindagem
O sistema de blindagem do extintor de arco a vácuo é composto principalmente por um cilindro de blindagem, tampa de blindagem e outras peças.
As principais funções do sistema de blindagem são:
(1) Evite que o contato gere uma grande quantidade de vapor metálico e gotículas de líquido durante o processo de arco, contaminando a parede interna do invólucro isolante e causando
Como resultado, a resistência do isolamento do invólucro do interruptor a vácuo diminui ou ocorre um flashover.
(2) A melhoria da distribuição do campo elétrico dentro do interruptor a vácuo é propícia à miniaturização do invólucro isolante do interruptor a vácuo, especialmente para alta tensão.
A miniaturização dos interruptores de vácuo de tensão tem um efeito significativo.
(3) Absorver parte da energia do arco e condensar os produtos do arco. Especialmente quando o extintor de arco a vácuo interrompe a corrente de curto-circuito, o arco
A maior parte da energia térmica gerada é absorvida pelo sistema de blindagem, o que é benéfico para melhorar a resistência de recuperação dielétrica entre os contatos. O sistema de blindagem absorve o arco
Quanto maior a quantidade do produto, maior a energia que ele absorve, o que desempenha um bom papel no aumento da capacidade de interrupção do interruptor a vácuo.
4. Contatos
Os contatos são as partes onde os arcos são gerados e extintos, e os requisitos de materiais e estruturas são relativamente altos.
4.1 Os seguintes requisitos são impostos aos materiais de contato:
(1) Alta capacidade de ruptura. O próprio material deve ter alta condutividade elétrica, baixa condutividade térmica, alta capacidade de calor e baixa capacidade de emissão de elétrons térmicos.
(2) Alta tensão de ruptura. Quanto maior a tensão de ruptura, maior a resistência de recuperação dielétrica, o que é benéfico para a extinção do arco.
(3) Alta resistência à corrosão elétrica. Ou seja, pode suportar erosão por arco e tem baixa evaporação de metal.
(4) Resistência à soldagem por fusão.
(5) Baixo valor de corrente de corte, preferencialmente abaixo de 2,5A.
(6) Baixo teor de gás.
Atualmente, o material de contato da câmara de extinção de arco a vácuo do disjuntor é feito principalmente de liga de cobre-cromo, com cobre e cromo respondendo por 50% cada. Uma folha de liga de cobre-cromo é soldada na superfície de topo dos contatos superior e inferior, e a espessura é geralmente de 3 mm. O restante é chamado de assento de contato, que pode ser feito de cobre livre de oxigênio.
4.2 Estrutura de contato
A estrutura de contato tem grande influência na capacidade de interrupção da câmara de extinção de arco. O efeito de extinção de arco produzido pelo uso de diferentes estruturas de contato é diferente. Nos primeiros dias, eram usados contatos cilíndricos simples. Embora a estrutura fosse simples, a capacidade de interrupção não atendia aos requisitos do disjuntor e só conseguia interromper correntes abaixo de 10kA. Atualmente, apenas interruptores de carga a vácuo, contatores a vácuo de alta tensão e outros tubos de interruptor a vácuo são usados. Atualmente, o comumente usado
Os contatos são contatos de estrutura de ranhura espiral, contatos de estrutura em forma de copo com ranhuras inclinadas e contatos de estrutura em forma de copo de campo magnético longitudinal, entre os quais os contatos de estrutura em forma de copo de campo magnético longitudinal são os principais.
5. Fole
O fole do interruptor a vácuo é o principal responsável por garantir que o eletrodo móvel se mova dentro de uma certa faixa e mantenha um alto vácuo por um longo tempo, e garantir que o interruptor a vácuo tenha uma alta vida mecânica. O fole do interruptor a vácuo é um componente de parede fina feito de aço inoxidável com uma espessura de 0.1~0.2mm. Durante o processo de abertura e fechamento do interruptor a vácuo, o fole do interruptor está sujeito a expansão e contração, e a seção transversal do fole está sujeita a estresse variável, então a vida útil do fole deve ser determinada de acordo com a quantidade repetida de expansão e contração e a pressão de uso. A vida útil do fole está relacionada à temperatura de aquecimento das condições de trabalho. Depois que o interruptor a vácuo quebra a grande corrente de curto-circuito, o calor residual da haste condutora é transferido para o fole, fazendo com que a temperatura do fole aumente. Quando o aumento da temperatura atinge um certo nível, isso afetará a resistência à fadiga do fole
6. Princípio de funcionamento
O interruptor a vácuo é um dispositivo elétrico a vácuo que usa um par de contatos selados em vácuo para realizar as funções de conexão e desconexão do circuito de energia. Ele usa um meio isolante de assento de alto vácuo. Quando ele desconecta um certo valor de corrente, os contatos móveis e fixos encolhem até um certo ponto ou pontos onde os contatos acabaram de se separar no momento da separação, resultando em um aumento acentuado na resistência entre os eletrodos e um rápido aumento na temperatura até que o metal do eletrodo evapore e uma intensidade de campo elétrico extremamente alta seja formada, levando à emissão de campo severa e à quebra da lacuna, produzindo um arco de vácuo. Quando a corrente de trabalho se aproxima de zero e o espaçamento do contato aumenta, o plasma do arco de vácuo se espalha rapidamente. Depois que a corrente do arco passa de zero, o meio na lacuna do contato muda rapidamente de um condutor para um isolante, então a corrente é desconectada e o processo de quebra termina.
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