Comment fonctionnent les disjoncteurs à vide ?
Videdisjoncteurssont souvent utilisés dans les systèmes électriques à haute tension pour remplir la même fonction que les disjoncteurs du panneau électrique d'une maison. La fonction principale d'un disjoncteur à vide est de couper l'alimentation des prises électriques en cas de court-circuit ou de dysfonctionnement électrique afin de permettre la déconnexion manuelle des circuits afin de pouvoir les réparer. Une caractéristique notable des disjoncteurs à vide est qu’ils contiennent des espaces évacués.
Bases du disjoncteur
Pour comprendrecomment fonctionnent les disjoncteurs à vide, il est important de comprendre d’abord comment fonctionnent les disjoncteurs normaux. Les disjoncteurs de base sont constitués de deux contacts métalliques reliés entre eux par un mécanisme à ressort qui fait office de déclencheur.
Le mécanisme de déclenchement à ressort contient un capteur de chaleur mécanique qui surveille les niveaux d'électricité passant par les prises électriques. Le capteur de chaleur mécanique déclenche le disjoncteur lorsque les niveaux de température augmentent en raison d'une surcharge des conducteurs électriques.
Un capteur magnétique sur le mécanisme de déclenchement à ressort déclenche le disjoncteur en cas de court-circuit. Le mécanisme de déclenchement aide à contrôler les surcharges et les courts-circuits en séparant les contacts pour arrêter le flux d'électricité dans le circuit.
Puissance du vide
Comme leur nom l'indique, les disjoncteurs à vide contiennent un vide entre les contacts. Le vide n’est qu’un espace vide qui ne contient aucun solide, liquide ou gaz. Le vide est l’un des meilleurs isolants disponibles. Il ne laisse pas de place aux arcs électriques et l’électricité ne peut pas passer à travers le vide. Par conséquent, le vide est un moyen d’extinction d’arc approprié. Certains disjoncteurs haute tension utilisent un souffle d'air à haute pression pour séparer les arcs. D'autres sont remplis d'huile spéciale qui empêche les arcs électriques. Un inconvénient considérable des disjoncteurs à air comprimé est qu'ils sont très compliqués. D’un autre côté, les marteaux remplis d’huile sont inflammables et hautement toxiques en cas de fuite d’huile.
Problème d'arc
Disjoncteursil y a souvent un arc entre les contacts pendant quelques microsecondes lorsqu'ils se déclenchent, séparant les contacts électriques. L'arc du disjoncteur peut ioniser l'air et le rendre conducteur de l'électricité ou permettre à l'électricité de passer devant le disjoncteur. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles les systèmes haute tension utilisent des disjoncteurs à vide, car ils ne peuvent pas être ionisés, ce qui permet à l'électricité de passer par le disjoncteur. Bien que le videdisjoncteurssubissent également des arcs électriques, l'électricité ne peut pas dépasser le disjoncteur avant que les contacts ne s'éloignent les uns des autres.
Principe de fonctionnement du disjoncteur à vide
Sa construction est très simple par rapport à undisjoncteur pneumatiqueou disjoncteur à huile. Dans un disjoncteur à vide (VCB), les contacts porteurs de courant sont séparés dans le vide. La séparation des contacts et l'interruption de l'arc se produisent dans une chambre à vide du VCB, connue sous le nom d'ampoule à vide.
L'enveloppe extérieure de l'ampoule à vide est normalement en verre car elle facilite l'examen du disjoncteur de l'extérieur. Un écran anti-pulvérisation, généralement en acier inoxydable, est placé entre les contacts et l'enveloppe pour empêcher les vapeurs métalliques d'atteindre l'enveloppe car il réduit la résistance au claquage entre les contacts.
À l’intérieur du bouclier anti-pulvérisation, le VCB possède un contact fixe et un contact mobile. La distance entre les contacts est maintenue entre 5 et 10 mm en fonction de la tension de fonctionnement.
Le soufflet métallique en acier inoxydable est utilisé pour déplacer le contact inférieur. Le cuivre-bismuth, le cuivre-plomb et le cuivre-chrome font partie des alliages utilisés comme matériaux de contact.
L'extrémité inférieure du disjoncteur est fixée à un mécanisme actionné par un ressort ou un solénoïde de sorte que le soufflet métallique à l'intérieur de la chambre de l'interrupteur à vide puisse être déplacé vers le haut et vers le bas pendant les opérations de fermeture et d'ouverture respectivement.
Il est très nécessaire de comprendre l'arc du VCB pour comprendre le principe de fonctionnement d'un disjoncteur à vide. Dans d'autresdisjoncteursl'arc se forme en raison de l'ionisation des particules dans le milieu entre les contacts. Mais un arc sous vide se forme en évaporant son matériau de surface et continue jusqu'à l'instant zéro du courant suivant.
À l'instant zéro du courant, l'arc est éteint et les vapeurs métalliques de contact se condensent à nouveau sur la surface de contact. En raison de la rigidité diélectrique élevée du vide, l’arc sous vide peut être éteint dans un très petit espace de contact.
Le courant doit être interrompu à l'instant de courant nul ; sinon, des transitoires haute tension seront induits en raison du découpage du courant. Par conséquent, pour une interruption réussie de l’arc, il doit être stable avant l’instant zéro du courant.
La stabilité de l'arc dépend beaucoup du matériau de contact. Ainsi, le processus d'extinction de l'arc dans un VCB est lié au matériau et à la forme des contacts ainsi qu'à la méthode utilisée pour condenser la vapeur métallique. La surface de contact est conçue de telle sorte que la racine de l'arc continue de se déplacer afin que la température en un point du contact n'atteigne pas une valeur très élevée.
Applications
Disjoncteurs à vide, les disjoncteurs à air comprimé et les disjoncteurs à huile fonctionnent tous exceptionnellement bien dans les lignes de transmission car ces systèmes électriques ne se déclenchent pas très souvent. De plus, les trois types de disjoncteurs nécessitent un entretien minimal lorsqu'ils sont utilisés dans des applications de lignes de transmission. Cependant, les disjoncteurs à vide fonctionnent mieux que les deux autres types de disjoncteurs pour gérer les pointes et les surtensions de ligne. De plus, les casse-vide fonctionnent bien mieux dans les applications haute tension qui nécessitent des connexions et déconnexions fréquentes des systèmes électriques.
Disjoncteurssont des composants électriques essentiels car ils aident à minimiser les effets des surtensions et des surtensions sur les appareils électriques.
