El interruptor de vacío, también conocido como tubo de interruptor de vacío, es el componente central del interruptor de potencia de media y alta tensión. Su función principal es extinguir rápidamente el arco y suprimir la corriente después de que el circuito de media y alta tensión se corta de la fuente de alimentación a través del excelente aislamiento del vacío en el tubo, para evitar accidentes y eventos inesperados. Se utiliza principalmente en sistemas de control de transmisión y distribución de energía, así como en metalurgia, minería, petróleo, industria química, ferrocarril, radiodifusión, comunicación, calefacción industrial de alta frecuencia y otros sistemas de distribución de energía. Tiene las características de ahorro de energía, ahorro de material, prevención de incendios, prevención de explosiones, tamaño pequeño, larga vida útil, bajo costo de mantenimiento, operación confiable y sin contaminación. El interruptor de vacío se divide en el interruptor para disyuntores y el interruptor para interruptores de carga en términos de uso. El interruptor para disyuntores se utiliza principalmente en subestaciones e instalaciones de red eléctrica en el sector eléctrico, y el interruptor para interruptores de carga se utiliza principalmente para usuarios finales de la red eléctrica.
1. Sistema de aislamiento hermético
El sistema de aislamiento hermético se compone de una carcasa de aislamiento hermético hecha de vidrio o cerámica, una tapa de extremo móvil, una tapa de extremo fijo y fuelles de acero inoxidable. Para garantizar una buena hermeticidad entre el vidrio, la cerámica y el metal, además de estrictos procedimientos operativos durante el sellado, el material en sí debe tener una permeabilidad mínima al aire y la liberación de aire interna debe limitarse a un valor mínimo. La función de los fuelles de acero inoxidable no es solo aislar el estado de vacío dentro de la cámara de extinción de arco de vacío del estado atmosférico externo, sino también permitir que el contacto móvil y la varilla conductora móvil se muevan dentro de un rango especificado para completar las operaciones de cierre y desconexión del interruptor de vacío.
2. Sistema conductor
La varilla conductora fija, la superficie de arco fija, el contacto fijo, el contacto móvil, la superficie de arco móvil y la varilla conductora móvil constituyen el sistema conductor de la cámara de extinción de arco. La varilla conductora fija, la superficie de arco fija y el contacto fijo se denominan colectivamente electrodos fijos, y el contacto móvil, la superficie de arco móvil y la varilla conductora móvil se denominan colectivamente electrodos móviles. Cuando el disyuntor de vacío, el interruptor de carga de vacío y el contactor de vacío ensamblados por la cámara de arco de vacío están cerrados, el mecanismo operativo cierra los dos contactos a través del movimiento de la varilla conductora móvil, completando la conexión del circuito. Para minimizar la resistencia de contacto entre los dos contactos, mantener la estabilidad y garantizar que la cámara de arco tenga una buena resistencia mecánica cuando resista una corriente estable dinámica, el interruptor de vacío está provisto de un manguito guía en un extremo de la varilla conductora móvil, y se utiliza un conjunto de resortes de compresión para mantener una presión nominal entre los dos contactos. Cuando el interruptor de vacío interrumpe la corriente, los dos contactos de la cámara de arco se separan y se genera un arco entre ellos hasta que el arco se extingue cuando la corriente pasa naturalmente por cero, completándose así la interrupción del circuito.
3. Sistema de blindaje
El sistema de protección del extintor de arco de vacío se compone principalmente de un cilindro de protección, una cubierta de protección y otras partes.
Las principales funciones del sistema de blindaje son:
(1) Evite que el contacto genere una gran cantidad de vapor de metal y gotas de líquido durante el proceso de formación del arco, contaminando la pared interna de la carcasa aislante y provocando
Como resultado, la resistencia de aislamiento de la carcasa del interruptor de vacío disminuye o se produce una descarga disruptiva.
(2) La mejora de la distribución del campo eléctrico dentro del interruptor de vacío favorece la miniaturización de la carcasa de aislamiento del interruptor de vacío, especialmente para alto voltaje.
La miniaturización de los interruptores de vacío de tensión tiene un efecto significativo.
(3) Absorber parte de la energía del arco y condensar los productos del arco. Especialmente cuando el extintor de arco de vacío interrumpe la corriente de cortocircuito, el arco
La mayor parte de la energía térmica generada es absorbida por el sistema de protección, lo que resulta beneficioso para mejorar la resistencia de recuperación dieléctrica entre los contactos. El sistema de protección absorbe el arco
Cuanto mayor sea la cantidad de producto, mayor será la energía que absorbe, lo que juega un buen papel en el aumento de la capacidad de ruptura del interruptor de vacío.
4. Contactos
Los contactos son las partes donde se generan y extinguen los arcos, y los requisitos de materiales y estructuras son relativamente altos.
4.1 Se imponen los siguientes requisitos a los materiales de contacto:
(1) Alta capacidad de ruptura. Se requiere que el material en sí tenga alta conductividad eléctrica, baja conductividad térmica, alta capacidad térmica y baja capacidad de emisión de electrones térmicos.
(2) Tensión de ruptura alta. Cuanto mayor sea la tensión de ruptura, mayor será la resistencia de recuperación dieléctrica, lo que resulta beneficioso para la extinción del arco.
(3) Alta resistencia a la corrosión eléctrica, es decir, puede soportar la erosión por arco y tiene baja evaporación de metales.
(4) Resistencia a la soldadura por fusión.
(5) Valor de corriente de corte bajo, preferiblemente inferior a 2,5 A.
(6) Bajo contenido de gas.
En la actualidad, el material de contacto de la cámara de extinción de arco de vacío del disyuntor está hecho principalmente de aleación de cobre y cromo, y el cobre y el cromo representan el 50 % cada uno. Una lámina de aleación de cobre y cromo está soldada en la superficie de unión de los contactos superior e inferior, y el espesor es generalmente de 3 mm. El resto se denomina asiento de contacto, que puede estar hecho de cobre libre de oxígeno.
4.2 Estructura de contacto
La estructura de contacto tiene una gran influencia en la capacidad de ruptura de la cámara de extinción de arco. El efecto de extinción de arco producido al usar diferentes estructuras de contacto es diferente. En los primeros días, se usaban contactos cilíndricos simples. Aunque la estructura era simple, la capacidad de ruptura no podía cumplir con los requisitos del disyuntor y solo podía interrumpir corrientes por debajo de 10 kA. Actualmente, solo se utilizan interruptores de carga de vacío, contactores de vacío de alto voltaje y otros tubos de interruptores de vacío. En la actualidad, los contactos de uso común
Los contactos son contactos con estructura de ranura en espiral, contactos con estructura en forma de copa con ranuras inclinadas y contactos con estructura en forma de copa de campo magnético longitudinal, entre los cuales los contactos con estructura en forma de copa de campo magnético longitudinal son los principales.
5. Fuelle
Los fuelles del interruptor de vacío son los principales responsables de garantizar que el electrodo móvil se mueva dentro de un cierto rango y mantenga un alto vacío durante mucho tiempo, y de garantizar que el interruptor de vacío tenga una larga vida mecánica. Los fuelles del interruptor de vacío son componentes de paredes delgadas hechos de acero inoxidable con un espesor de 0.1~0.2mm. Durante el proceso de apertura y cierre del interruptor de vacío, los fuelles del interruptor están sujetos a expansión y contracción, y la sección transversal del fuelle está sujeta a una tensión variable, por lo que la vida útil del fuelle debe determinarse de acuerdo con la cantidad repetida de expansión y contracción y la presión de uso. La vida útil por fatiga del fuelle está relacionada con la temperatura de calentamiento de las condiciones de trabajo. Después de que el interruptor de vacío interrumpe la gran corriente de cortocircuito, el calor residual de la varilla conductora se transfiere al fuelle, lo que hace que la temperatura del fuelle aumente. Cuando el aumento de temperatura alcanza un cierto nivel, esto afectará la resistencia a la fatiga del fuelle.
6. Principio de funcionamiento
El interruptor de vacío es un dispositivo eléctrico de vacío que utiliza un par de contactos sellados al vacío para realizar las funciones de conexión y desconexión del circuito de potencia. Utiliza un medio aislante de asiento de alto vacío. Cuando desconecta un cierto valor de corriente, los contactos móviles y fijos se encogen hasta un cierto punto o puntos donde los contactos se acaban de separar en el momento de la separación, lo que da como resultado un aumento brusco de la resistencia entre los electrodos y un aumento rápido de la temperatura hasta que el metal del electrodo se evapora y se forma una intensidad de campo eléctrico extremadamente alta, lo que conduce a una emisión de campo severa y la ruptura del espacio, produciendo un arco de vacío. Cuando la corriente de trabajo se acerca a cero y el espaciado de los contactos aumenta, el plasma del arco de vacío se extiende rápidamente. Después de que la corriente del arco pasa por cero, el medio en el espacio de contacto cambia rápidamente de un conductor a un aislante, por lo que la corriente se desconecta y el proceso de ruptura termina.
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