Disyuntor de vacío: construcción y funcionamiento

Disyuntor de vacío

El disyuntor de vacío (VCB) es uno en el que se utiliza un vacío del orden de 10-6 a 10-10 torr como medio de extinción del arco. 1 torr es equivalente a una presión representada por una carga barométrica de 1 mm de mercurio. El disyuntor de vacío se utiliza para aplicaciones de baja y media tensión.

Construcción de disyuntor de vacío

El disyuntor de vacío consta de carcasa, contactos, protección de condensación de vapor, fuelles metálicos y sello.

Recinto. El recinto está hecho de material aislante impermeable como el vidrio. El recinto no debe ser poroso y debe retener un alto vacío del orden de 10-7 torr.

Contactos. Hay dos tipos de contactos, móviles y fijos. El contacto móvil está conectado con un vástago grande conectado al mecanismo operativo del interruptor. Los contactos del disyuntor de vacío tienen generalmente caras en forma de disco. El disco está provisto de ranuras simétricas de tal manera que los segmentos de los dos contactos no están en la misma línea. El campo magnético creado por los componentes de las corrientes con tal geometría hace que el plasma del arco se mueva rápidamente sobre los contactos en lugar de permanecer estable en un punto. Se evita así la concentración del arco y el arco permanece en estado difuso. El material sinterizado utilizado para la punta de contacto es generalmente una aleación de cobre-cromo o cobre bismuto.

Escudo de condensación de vapor. Estos blindajes metálicos se apoyan en carcasas aislantes de manera que cubren la zona de contacto. El vapor de metal liberado de la superficie de contacto durante el arco se condensa en estos escudos y se evita que se condense en el recinto aislante.

Fuelles Metálicos. Un extremo del fuelle está soldado al recinto. El otro extremo está soldado al contacto móvil. Los fuelles permiten la construcción sellada del interruptor y, sin embargo, permiten el movimiento del contacto. Los fuelles de acero inoxidable se utilizan generalmente en botellas de vacío. Observe cuidadosamente cada componente del disyuntor de vacío como se muestra en la figura a continuación.

Extinción de arco en disyuntor de vacío (VCB)

El proceso de interrupción del arco en el interruptor del disyuntor al vacío es bastante diferente al de otros tipos de disyuntores. El vacío como tal es un medio dieléctrico y el arco no puede persistir en el vacío ideal. Sin embargo, la separación de los contactos que llevan corriente hace que el vapor se libere de los contactos. Así, cuando los contactos se separan, el espacio de contacto se llena de vapor de iones positivos liberados del material de contacto.

La densidad del vapor depende de la corriente en el arco. Durante el modo decreciente de la onda de corriente, la velocidad de liberación del vapor se reduce y después de la corriente cero, el medio recupera la rigidez dieléctrica siempre que la densidad del vapor alrededor de los contactos se haya reducido sustancialmente.

Mientras se interrumpe una corriente del orden de unos pocos cientos de amperios mediante la separación de contactos planos en alto vacío, el arco generalmente tiene varios caminos paralelos. Así, la corriente total se divide en varios arcos paralelos. Los arcos paralelos se repelen entre sí de modo que el arco tiende a extenderse sobre la superficie de contacto. Tal arco se llama arco difuso. El arco difuso puede interrumpirse fácilmente.

A valores más altos de corrientes del orden de algunos miles de amperios, el arco se concentra en una pequeña región y se convierte en arco autosostenido. El arco concentrado alrededor de un área pequeña provoca una rápida vaporización de la superficie de contacto.

La transición del arco difuso al arco concentrado depende del material y la forma del contacto, la magnitud de la corriente y la condición de los electrodos. La interrupción del arco es posible cuando la densidad del vapor varía en fase con la corriente y el arco permanece en estado difuso. El arco no vuelve a encenderse si el vapor de metal se elimina rápidamente de la zona de contacto.

Por lo tanto, el proceso de extinción del arco en el interruptor automático al vacío está relacionado en gran medida con el material y la forma de los contactos y la técnica adoptada para condensar el vapor metálico. La geometría de los contactos está diseñada de tal manera que la raíz del arco sigue moviéndose para que la temperatura en un punto del contacto no alcance un valor muy alto.

La rápida acumulación de rigidez dieléctrica después de la extinción del arco final es una ventaja única del interruptor automático de vacío. Son ideales para la conmutación de condensadores, ya que pueden ofrecer un rendimiento sin reencendidos.

Grado de Vacío en Interruptores VCB

El voltaje de ruptura del espacio de contacto varía con la presión absoluta en la unidad interruptora del interruptor automático al vacío. A medida que la presión absoluta se reduce de 10-1 Torr a 10-3 Torr, la rigidez dieléctrica (kV/mm) aumenta, pero por encima de 10-4 Torr, la resistencia a la ruptura y la característica de presión se vuelven casi planas, como se muestra en la siguiente figura.

La rigidez dieléctrica en esta región es superior a 12 kV/mm. En botellas de vacío se utiliza un nivel de vacío del orden de 10-6 a 10-10 Torr. Esto se llama rango de alto vacío. Durante el transcurso del tiempo y después de las interrupciones del arco, el nivel de vacío se va reduciendo. Sin embargo, permanece en el rango de 10-5 Torr y 10-8 Torr. El vacío en el rango de 10-3 es suficiente para la interrupción.

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