La tecnologia dell'interruttore in vuoto è stata introdotta per la prima volta nell'anno 1960. Tuttavia, è ancora una tecnologia in via di sviluppo. Col passare del tempo, le dimensioni dell'ampolla in vuoto si sono ridotte rispetto ai primi anni '60 a causa dei diversi sviluppi tecnici in questo campo dell'ingegneria. Un interruttore è un dispositivo che, interrompe un circuito elettrico per impedire la corrente ingiustificata, causata da un cortocircuito, tipicamente derivante da un sovraccarico. La sua funzionalità di base è quella di interrompere il flusso di corrente dopo il rilevamento di un guasto. Questo articolo discute una panoramica dell'interruttore sottovuoto e del suo funzionamento. Per saperne di più sugli interruttori, leggi questo articolo Tipi di interruttori automatici e sua importanza .
Cos'è un interruttore in vuoto?
Un interruttore del vuoto è una sorta di interruttore automatico in cui lo spegnimento dell'arco avviene in un mezzo sotto vuoto. L'operazione di accensione e chiusura dei contatti che trasportano corrente e l'interruzione dell'arco correlato avviene in una camera a vuoto nell'interruttore che viene chiamata ampolla in vuoto.
Interruttore del vuoto
Un vuoto che viene utilizzato come mezzo di spegnimento dell'arco in un interruttore è noto come interruttore di circuito del vuoto perché il vuoto offre un'elevata resistenza isolante grazie alle proprietà di spegnimento dell'arco superiori. Questo è adatto per la maggior parte delle applicazioni di tensione standard perché, per tensioni più elevate, è stata sviluppata la tecnologia del vuoto ma non commercialmente fattibile.
Il funzionamento dei contatti che trasportano corrente e la relativa interruzione dell'arco avvengono all'interno di una camera a vuoto dell'interruttore, che è nota come interruttore in vuoto. Questo interruttore include una camera ad arco in acciaio al centro di isolanti ceramici posizionati simmetricamente. Il mantenimento della pressione del vuoto all'interno di un'ampolla in vuoto può essere effettuato a 10–6 bar. Le prestazioni dell'interruttore sottovuoto dipendono principalmente dal materiale utilizzato per i contatti che trasportano corrente come Cu / Cr.
Principio di funzionamento
Il principio di funzionamento dell'interruttore sottovuoto ovvero, una volta aperti i contatti dell'interruttore nel vuoto, può essere generato un arco tra i contatti attraverso la ionizzazione dei vapori metallici nei contatti. Tuttavia, l'arco può essere spento facilmente poiché gli elettroni, gli ioni e i vapori metallici generati durante l'arco si condensano rapidamente sull'esterno dei contatti CB, in modo che la rigidità dielettrica possa essere recuperata rapidamente.
La caratteristica più importante del vuoto è che una volta che l'arco viene generato all'interno del vuoto, può essere estinto rapidamente a causa del rapido miglioramento della rigidità dielettrica del vuoto.
Materiali di contatto
Il materiale di contatto dei VCB deve rispettare le seguenti proprietà.
- Alta densità
- La resistenza al contatto deve essere inferiore
- La conduttività elettrica è elevata per far passare le normali correnti di carico senza surriscaldarsi.
- La conducibilità termica è elevata per dissipare rapidamente il grande calore prodotto durante l'arco.
- La funzione termoionica deve essere alta per consentire la distruzione precoce dell'arco.
- La tendenza alla saldatura deve essere bassa
- Livello di trinciatura meno attuale
- Elevata capacità di resistenza all'arco
- Un punto di ebollizione deve essere alto per diminuire l'erosione dell'arco.
- Il contenuto di gas deve essere inferiore per garantire una maggiore durata
- Una bassa pressione di vapore deve essere sufficiente a diminuire la quantità di vapore metallico indivisibile all'interno della camera.
Costruzione dell'interruttore sottovuoto
L'interruttore sottovuoto comprende una camera ad arco in acciaio negli isolatori ceramici disposti simmetricamente al centro. La pressione all'interno dell'ampolla in vuoto viene mantenuta al di sotto di 10 ^ -4 torr.
Il materiale utilizzato per i contatti che trasportano corrente gioca un ruolo importante nelle prestazioni dell'interruttore sottovuoto. Leghe come rame-bismuto o rame-cromo sono il materiale ideale per realizzare contatti VCB.
Costruzione dell'interruttore del vuoto
Dalla figura mostrata sopra, l'interruttore del vuoto è costituito da un contatto fisso, un contatto mobile e un'ampolla in vuoto. Il contatto mobile è collegato al meccanismo di controllo tramite soffietto in acciaio inossidabile. Gli schermi dell'arco sono supportati sull'involucro isolante in modo tale da coprire questi schermi e impedire la formazione di condensa sull'involucro isolante. La possibilità di una perdita viene eliminata grazie alla sigillatura permanente della camera a vuoto per cui un recipiente di vetro o di ceramica viene utilizzato come corpo isolante esterno.
Funzionamento dell'interruttore sottovuoto
La vista in sezione di un interruttore in vuoto è mostrata nella figura seguente quando i contatti sono separati a causa di alcune condizioni anormali, viene innescato un arco tra i contatti, l'arco è prodotto a causa della ionizzazione di ioni metallici e dipende molto dal materiale di contatti.
L'interruzione dell'arco nelle ampolle in vuoto è diversa da altri tipi di interruttori . La separazione dei contatti provoca il rilascio di vapore che viene riempito nello spazio di contatto. È costituito da ioni positivi liberati dal materiale di contatto. La densità del vapore dipende dalla corrente nell'arco. Quando la corrente diminuisce, la velocità di rilascio del vapore diminuisce e, dopo lo zero corrente, il mezzo riacquista la sua rigidità dielettrica se la densità del vapore viene ridotta.
Quando la corrente da interrompere è molto piccola nel vuoto, l'arco ha diversi percorsi paralleli. La corrente totale è divisa in molti archi paralleli che si respingono e si diffondono sulla superficie di contatto. Questo è chiamato arco diffuso che può essere interrotto facilmente.
Ad alti valori di corrente, l'arco si concentra in una piccola regione. Provoca una rapida vaporizzazione della superficie di contatto. L'interruzione dell'arco è possibile se l'arco rimane in uno stato diffuso. Se viene rimosso rapidamente dalla superficie di contatto, l'arco si attiverà nuovamente.
L'estinzione dell'arco negli interruttori in vuoto è fortemente influenzata dal materiale e dalla forma dei contatti e dalla tecnica di considerare il vapore metallico. Il percorso dell'arco viene mantenuto in movimento in modo che la temperatura in qualsiasi punto non sia elevata.
Dopo l'ultima interruzione dell'arco, si verifica un rapido accumulo di rigidità dielettrica che è peculiare dell'interruttore in vuoto. Sono adatti per la commutazione di condensatori in quanto offrono prestazioni senza ripetizioni. La piccola corrente viene interrotta prima dello zero naturale della corrente, che può causare tagli il cui livello dipende dal materiale di contatto.
Tagliere attuale
Il corrente che interrompe l'interruttore del vuoto si verifica principalmente negli interruttori automatici dell'olio così come nell'aria a causa dell'instabilità della colonna d'arco. Negli interruttori automatici sottovuoto, l'interruzione della corrente dipende principalmente dalla pressione del vapore e dalle proprietà dell'emissione di elettroni nel materiale di contatto. Quindi, il livello di triturazione è influenzato anche dalla conducibilità termica, quando la conducibilità termica è inferiore, il livello di triturazione sarà inferiore.
È possibile diminuire il livello attuale al quale si verifica la triturazione selezionando un materiale di contatto per fornire un ampio vapore metallico per consentire alla corrente di avvicinarsi a un valore estremamente basso, tuttavia, ciò non viene spesso fatto perché influisce negativamente sulla potenza dielettrica.
Proprietà degli interruttori in vuoto
Il mezzo isolante dell'interruttore sottovuoto è elevato per l'estinzione dell'arco rispetto ad altri tipi di interruttori automatici. La pressione nell'ampolla in vuoto è di circa 10-4 torrenti, il che include pochissime molecole all'interno dell'interruttore. Questo interruttore ha per lo più due proprietà straordinarie come le seguenti.
Rispetto ad altri mezzi isolanti impiegati negli interruttori di circuito, questo interruttore è un mezzo dielettrico superiore. È superiore rispetto ad altri mezzi oltre all'SF6 e all'aria perché vengono utilizzati ad alta pressione.
Una volta che un arco viene aperto separatamente spostando i contatti nel vuoto, si verificherà un'interruzione allo zero della corrente principale. Con l'interruzione di questo arco, la loro rigidità dielettrica aumenterà fino a mille volte rispetto ad altri tipi di interruttori.
Queste proprietà renderanno gli interruttori più efficienti, meno pesanti e meno costosi. La durata di questi interruttori automatici è elevata rispetto ad altri interruttori automatici e non richiedono alcuna manutenzione.
Le parti dell'interruttore sottovuoto sono ampolla sottovuoto, terminali, connessioni flessibili, isolatori di supporto, asta di azionamento, barra di accoppiamento, turno di lavoro comune, mais funzionante, camma di bloccaggio, molla di fabbricazione, molla di rottura, molla di carico e collegamento principale.
Ci sono diversi tipi di interruttori in vuoto sono disponibili in base ai produttori discussi di seguito.
Interruttore automatico sottovuoto Mitsubishi
Questi interruttori automatici sono prodotti da Mitsubishi Electric. Forniscono alta sicurezza, affidabilità e protezione dell'ambiente. I VCB Mitsubishi hanno le seguenti caratteristiche.
- La gamma di prodotti è ampia
- Nessun requisito per i sei particolari materiali pericolosi.
- Il nome del materiale è illustrato sulle parti principali in plastica
- La struttura è pieghevole per montare il telaio
- Manutenzione facile
Interruttore sottovuoto Siemens
Gli interruttori automatici sottovuoto Siemens sono SION 3AE5 che vengono utilizzati in tutte le tipiche applicazioni di commutazione come nelle reti industriali e nella distribuzione di energia a media tensione che va dalle correnti di cortocircuito e dal carico di commutazione alle sezioni di sbarre o alla rete di collegamento. La loro struttura solida, comprese le dimensioni minime di profondità e larghezza, contribuirà a ridurre la necessità di pannelli diversi.
Pertanto, questi interruttori automatici sono ottenibili tramite un interruttore di messa a terra opzionale per versioni plug-in e montaggio fisso. Le caratteristiche principali di questo interruttore automatico includono quanto segue.
- Molto semplice da installare all'interno di quadri di media tensione isolati in aria
- L'affidabilità è alta
- Il design è compatto
- Commutazione a distanza tramite il telecomando
- I costi di pianificazione sono bassi
- La vita utile è lunga
- La manutenzione è facile
Test interruttori in vuoto
In generale, il test degli interruttori di circuito viene utilizzato principalmente per testare sia le prestazioni dei meccanismi di commutazione separati sia la temporizzazione del sistema di intervento generale. Una volta che le ampolle sottovuoto sono progettate all'interno del campo altrimenti utilizzate, allora ci sono principalmente tre tipi di test da utilizzare per autenticare la loro funzione come la resistenza di contatto, l'elevata tenuta al potenziale e il test di perdita.
Differenza tra unità contattore in vuoto e interruttore automatico in vuoto
Un interruttore in vuoto scatta per un errore come un guasto a terra, cortocircuito, sovratensione / sottotensione. Un contattore viene solitamente eseguito in serie tramite un fusibile che provvede ad evitare la corrente di guasto. Le principali differenze tra l'unità contattore in vuoto e l'interruttore automatico in vuoto sono elencate di seguito in base a caratteristiche diverse.
| Interruttore del vuoto | Contattore sotto vuoto |
| La capacità di commutazione è, commuta le correnti da valori bassi a corrente di cortocircuito del sistema completo | Commuta le correnti da valori molto bassi a Capacità di interruzione del contattore sotto vuoto senza fusibili. I fusibili funzionano per correnti più elevate rispetto alla capacità di interruzione del solo contattore in vuoto, fino a capacità di interruzione del fusibile |
| La resistenza è alta per la meccanica | La durata è estremamente elevata per processi meccanici come 1.000.000 fino a 630A |
| La resistenza è alta per l'elettricità è alta come un vuoto che varia da 10k a 50k azioni alla corrente continua nominale. Per il vuoto, è da 30 a 100 operazioni a piena capacità di cortocircuito. | La corrente continua di commutazione estremamente elevata varia da 450.000 a 1.000.000 di azioni fino a 630 A. Corrente di cortocircuito di commutazione, dati di durata non stabiliti in cortocircuito interruzione di corrente che necessita la sostituzione dei fusibili |
| Questi non sono applicabili per applicazioni di durata estremamente elevata. | Vengono utilizzati per operazioni di commutazione estremamente frequenti |
| È azionato elettricamente | Funziona solo elettrico |
| È bloccato meccanicamente perché il CB rimane chiuso in caso di perdita di tensione del sistema. | Di solito, il contattore del vuoto si sblocca una volta si perde la tensione del sistema il contattore del vuoto si bloccherà una volta ripristinata la tensione del sistema |
| Utilizza relè di protezione | Utilizza relè di protezione per la protezione da sovraccarico e fusibili per la protezione da cortocircuito |
| Il cortocircuito lasciato passare l'energia è basso | Il cortocircuito lasciato passare l'energia è basso |
| Il funzionamento a distanza è adatto | Il funzionamento a distanza è adatto |
| L'alimentazione di controllo viene utilizzata per il funzionamento di CB, relè di protezione e riscaldatori di ambienti | L'alimentazione di controllo viene utilizzata per il funzionamento di contattori, relè di protezione e riscaldatori d'ambiente |
| Utilizza un'area più ampia | Utilizza meno area |
| Il suo costo è alto | Il suo costo è moderato |
| La sua manutenzione è media | La sua manutenzione è bassa. |
Vantaggi di VCB
Il vuoto offre la massima forza isolante. Quindi ha proprietà di spegnimento dell'arco estremamente superiori rispetto a qualsiasi altro mezzo.
- L'interruttore sottovuoto ha una lunga durata.
- A differenza di Oil Circuit Breaker (OCB) o Air Blast Circuit Breaker (ABCB), l'esplosione di VCB viene evitata. Ciò aumenta la sicurezza del personale operativo.
- Nessun rischio di incendio
- Il CB del vuoto funziona rapidamente, quindi ideale per l'eliminazione dei guasti. VCB è adatto per operazioni ripetute.
- Gli interruttori sottovuoto sono quasi esenti da manutenzione.
- Nessun scarico di gas nell'atmosfera e funzionamento silenzioso.
Svantaggi di VCB
- Il principale svantaggio di VCB è che è antieconomico a tensioni superiori a 38 kV.
- Il costo dell'interruttore diventa eccessivo a tensioni più elevate. Ciò è dovuto al fatto che ad alte tensioni (superiori a 38 kV) è necessario collegare più di due numeri dell'interruttore in serie.
- Inoltre, la produzione di VCB è antieconomica se prodotta in piccole quantità.
Applicazioni dell'interruttore sottovuoto
L'interruttore in vuoto è oggi riconosciuto come la tecnologia di interruzione di corrente più affidabile per i quadri di media tensione. Richiede una manutenzione minima rispetto ad altre tecnologie di interruttori automatici.
La tecnologia è adatta principalmente per applicazioni principalmente a media tensione. Per tensioni superiori è stata sviluppata la tecnologia del vuoto, ma non è commercialmente fattibile. Gli interruttori sottovuoto vengono utilizzati nei quadri rivestiti in metallo e anche negli interruttori automatici con custodia in porcellana.
Quindi, questo è tutto L'interruttore in vuoto (VCB) funziona e applicazioni. Ci auguriamo che tu abbia una migliore comprensione di questo concetto. Inoltre, eventuali dubbi in merito a questo concetto o per implementare qualsiasi idee di progetti elettrici ed elettronici , per favore dai il tuo feedback commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, Qual è il principio di funzionamento di VCB ?
