Come funzionano gli interruttori automatici in vuoto?

Vuotointerruttori automaticisono spesso utilizzati negli impianti elettrici ad alta tensione per svolgere la stessa funzione degli interruttori nel quadro elettrico di una casa. La funzione principale di un interruttore automatico in vuoto è quella di interrompere l'alimentazione alle prese elettriche in caso di cortocircuito o malfunzionamento elettrico per consentire la disconnessione manuale dei circuiti in modo che possano essere riparati. Una caratteristica notevole degli interruttori automatici in vuoto è che contengono spazi evacuati.

Nozioni di base sull'interruttore

Per capirecome funzionano gli interruttori automatici in vuoto, è importante capire innanzitutto come funzionano i normali interruttori automatici. Gli interruttori automatici di base sono costituiti da due contatti metallici collegati tra loro da un meccanismo a molla che funge da sganciatore.

Il meccanismo di scatto a molla contiene un sensore termico meccanico che monitora i livelli di elettricità che passa attraverso le prese elettriche. Il sensore termico meccanico fa scattare l'interruttore quando i livelli di temperatura aumentano a causa del sovraccarico dei conduttori elettrici.

Un sensore magnetico sul meccanismo di sgancio a molla fa scattare l'interruttore in caso di cortocircuito. Il meccanismo di sgancio aiuta a controllare il sovraccarico e i cortocircuiti separando i contatti per interrompere il flusso di elettricità nel circuito.

Interruttori automatici in vuoto serie VS1

Potenza del vuoto

Come suggerisce il nome, gli interruttori automatici in vuoto contengono vuoto tra i contatti. Il vuoto è semplicemente uno spazio vuoto che non contiene alcun solido, liquido o gas. Il vuoto è uno dei migliori isolanti disponibili. Non fornisce spazio per la formazione di archi elettrici e l'elettricità non può passare attraverso il vuoto. Pertanto, il vuoto è un mezzo adatto per estinguere l'arco. Alcuni interruttori ad alta tensione utilizzano un getto d'aria ad alta pressione per separare gli archi. Altri sono riempiti con olio speciale che previene la formazione di archi. Uno svantaggio considerevole dei martelli ad aria compressa è che sono estremamente complicati. D'altro canto, i demolitori riempiti d'olio sono infiammabili e altamente tossici in caso di perdite d'olio.

Problema dell'arco

Interruttori automaticispesso si creano archi tra i contatti per alcuni microsecondi quando scattano separando i contatti elettrici. L'arco dell'interruttore può ionizzare l'aria e farla condurre elettricità o fornire un percorso affinché l'elettricità passi oltre l'interruttore. Questo è uno dei motivi principali per cui i sistemi ad alta tensione utilizzano interruttori automatici sotto vuoto perché non possono essere ionizzati fornendo un percorso affinché l'elettricità passi oltre l'interruttore. Anche se sottovuotointerruttori automaticisi verificano anche archi elettrici, l'elettricità non può oltrepassare l'interruttore prima che i contatti si allontanino l'uno dall'altro.

Principio di funzionamento dell'interruttore automatico sottovuoto

Ha una costruzione molto semplice rispetto ad uninterruttore automatico dell'ariao interruttore automatico dell'olio. In un interruttore automatico in vuoto (VCB), i contatti che trasportano corrente sono separati nel vuoto. La separazione dei contatti e l'interruzione dell'arco avviene in una camera a vuoto nel VCB, nota come ampolla a vuoto.

L'involucro esterno dell'ampolla in vuoto è normalmente realizzato in vetro perché facilita l'esame dell'interruttore dall'esterno. Uno schermo antispruzzo, solitamente in acciaio inossidabile, viene posizionato tra i contatti e l'involucro per impedire ai vapori metallici di raggiungere l'involucro perché riduce la resistenza alla rottura tra i contatti.

All'interno dello schermo sputter, VCB ha un contatto fisso e uno mobile. La distanza tra i contatti è mantenuta tra 5 e 10 mm a seconda della tensione operativa.

Il soffietto metallico in acciaio inossidabile viene utilizzato per spostare il contatto inferiore. Rame-bismuto, rame-piombo e rame-cromo sono alcune delle leghe utilizzate come materiale di contatto.

L'estremità inferiore dell'interruttore è fissata a un meccanismo a molla o a solenoide in modo che il soffietto metallico all'interno della camera dell'ampolla sotto vuoto possa essere spostato verso l'alto e verso il basso rispettivamente durante le operazioni di chiusura e apertura.

È estremamente necessario comprendere l'arco dell'VCB per comprendere il principio di funzionamento di un interruttore automatico in vuoto. Nell'altrointerruttori automaticisi forma un arco a causa della ionizzazione delle particelle nel mezzo tra i contatti. Ma un arco sotto vuoto si forma facendo evaporare il suo materiale superficiale e continua fino al successivo istante zero della corrente.

All'istante zero della corrente, l'arco si spegne ed i vapori metallici di contatto si condensano nuovamente sulla superficie di contatto. Grazie all'elevata rigidità dielettrica del vuoto, l'arco sotto vuoto può essere spento entro uno spazio di contatto molto ridotto.

La corrente deve essere interrotta all'istante di corrente zero; in caso contrario, verranno indotti transitori ad alta tensione a causa del taglio della corrente. Pertanto, affinché l'interruzione dell'arco abbia successo, dovrebbe essere stabile prima dell'istante zero della corrente.

La stabilità dell'arco dipende molto dal materiale dei contatti. Pertanto, il processo di estinzione dell'arco in un VCB è correlato al materiale e alla forma dei contatti e al metodo utilizzato per condensare il vapore metallico. La superficie di contatto è progettata in modo che la radice dell'arco continui a muoversi in modo che la temperatura in un punto del contatto non raggiunga un valore molto elevato.

Applicazioni

Interruttori automatici in vuoto, gli interruttori ad aria compressa e gli interruttori a bagno d'olio funzionano tutti eccezionalmente bene nelle linee di trasmissione perché questi sistemi elettrici non scattano molto spesso. Inoltre, i tre tipi di interruttori richiedono una manutenzione minima se utilizzati in applicazioni su linee di trasmissione. Tuttavia, gli interruttori automatici in vuoto offrono prestazioni migliori rispetto agli altri due tipi di interruttori nella gestione di picchi e sovratensioni di linea. Inoltre, gli interruttori sottovuoto funzionano molto meglio nelle applicazioni ad alta tensione che richiedono frequenti connessioni e disconnessioni dei sistemi elettrici.

Interruttori automaticisono componenti elettrici essenziali perché aiutano a ridurre al minimo gli effetti della temperatura e degli sbalzi di tensione sugli apparecchi elettrici.