Interrupteur à vide TD12-40.5/1250A, tube à vide de 35 kV

Les disjoncteurs à vide ZN12, ZW7 et ZN23, également appelés tubes de commutation sous vide, sont des composants essentiels des équipements de commutation électrique moyenne et haute tension. Leur fonction principale est de réaliser la connexion et la coupure du circuit dans un environnement sous vide à l'aide d'un milieu isolant élevé, et d'extinguer rapidement l'arc électrique au passage du courant zéro, permettant ainsi de couper les lignes électriques en toute sécurité et de manière fiable.

I. Structure de base et composants

Le disjoncteur à vide est un dispositif électrovide hermétique. Sa structure typique comprend principalement les systèmes suivants :

Enveloppe isolante hermétique : généralement fabriquée en verre ou en céramique, elle permet de maintenir l'état de vide élevé à l'intérieur (le degré de vide est généralement inférieur à 10 Pa) et assure l'isolation principale.

Système de conduction électrique : composé d'une tige de conduction statique, d'une contact statique, d'un contact mobile et d'une tige de conduction mobile. Le contact mobile est connecté à l'actionneur externe par la tige de conduction mobile pour réaliser les opérations de fermeture et d'ouverture du circuit.

Système de contacts : c'est la partie clé pour générer et extinguer l'arc électrique. Le matériau de contact des disjoncteurs à vide est généralement un alliage cuivre-chrome (le cuivre et le chrome représentent chacun environ 50 %), qui présente une capacité de coupure élevée, une bonne résistance à la corrosion électrique et une excellente résistance à la soudure par fusion. La structure des contacts était initialement un simple cylindre, mais la structure en gobelet à champ longitudinal est désormais largement utilisée pour améliorer la capacité de coupure des courants élevés.

Système de bouclier : principalement constitué d'un bouclier (manchon) entourant les contacts. Ses fonctions sont les suivantes : empêcher la vapeur métallique produite lors de la combustion de l'arc de contaminer la paroi interne de l'enveloppe isolante ; améliorer la distribution du champ électrique à l'intérieur du disjoncteur à vide ; absorber une partie de l'énergie de l'arc et aider à la condensation des produits de l'arc, ce qui augmente la capacité de coupure.

Cloche d'expansion : élément élastique à paroi mince en acier inoxydable, soudé entre la tige de conduction mobile et l'enveloppe. Son rôle principal est de maintenir l'étanchéité sous vide à l'intérieur du disjoncteur à vide tout en permettant au contact mobile de se déplacer en ligne droite lors des opérations de fermeture et d'ouverture du circuit, ce qui est un composant clé pour atteindre une durée de vie mécanique élevée.

II. Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement du disjoncteur à vide est basé sur les excellentes propriétés d'isolation et d'extinction de l'arc du milieu à vide élevé :

Connexion du circuit : l'actionneur pousse la tige de conduction mobile pour fermer les contacts mobile et statique, et le circuit est établi.

Génération de l'arc électrique : lorsque les contacts sont séparés sous tension, la zone de contact se réduit rapidement et la densité du courant augmente considérablement, ce qui fait fondre et évaporer le matériau métallique en vapeur métallique. Sous l'effet d'un champ électrique fort, la vapeur métallique est ionisée pour former un arc électrique sous vide.

Extinction de l'arc électrique : l'arc électrique sous vide est maintenu par la vapeur métallique évaporée du matériau des contacts. Lorsque le courant alternatif passe naturellement par zéro, l'arc s'éteint temporairement, et les particules de vapeur métallique se diffusent rapidement et se condensent sur le bouclier. En parallèle, la distance de séparation des contacts augmente et la résistance diélectrique du间隙 se rétablit rapidement, empêchant ainsi la réallumage de l'arc et coupant définitivement le circuit.

III. Caractéristiques et avantages principaux

La technologie des disjoncteurs à vide présente les avantages notables suivants :

Sécurité et protection de l'environnement : l'usage du vide comme milieu d'extinction de l'arc ne comporte pas de risque d'incendie ou d'explosion, ne produit pas de gaz toxiques ou nocifs et ne pollue pas lors de son fonctionnement.

Performances excellentes : vitesse d'extinction de l'arc rapide, capacité de coupure élevée, durée de vie électrique et durée de vie mécanique longues.

Entretien simplifié : encombrant réduit, poids léger, structure compacte, pratiquement sans entretien et fiable en fonctionnement.

Économie d'énergie et de matériaux : consommation énergétique faible, énergie d'action requise faible et consommation de matériaux réduite.

IV. Domaines d'application

En tant que composant essentiel, les disjoncteurs à vide sont largement utilisés dans les domaines suivants :

Réseau électrique : principalement utilisés dans les disjoncteurs à vide des postes de transformation et des installations du réseau électrique, ainsi que dans les disjoncteurs de charge à vide des utilisateurs finaux du réseau électrique, couvrant les niveaux de tension de 10 kV, 35 kV et au-delà.

Domaine industriel : largement utilisés dans les systèmes de distribution et les équipements de contrôle des moteurs des industries de la métallurgie, des mines, du pétrole, de la chimie, des chemins de fer et d'autres secteurs.