Interruptor de vácuo TD12-40.5/1250A, tubo de vácuo de 35 kV

Os interrruptores a vácuo ZN12, ZW7 e ZN23, também chamados de tubos de interruptor a vácuo, são componentes essenciais dos equipamentos de comutação de energia elétrica de média e alta tensão. Sua principal função é realizar a conexão e a interrupção de circuitos utilizando um meio isolante de alta resistência em ambiente de vácuo, além de extinguir rapidamente o arco elétrico no momento em que a corrente passa por zero, permitindo assim cortar a linha de energia de forma segura e confiável.

I. Estrutura Básica e Componentes

O interrruptor a vácuo é um dispositivo eletrovácuo selado, cuja estrutura típica inclui principalmente os seguintes sistemas:

Invólucro de isolamento hermético: Geralmente feito de vidro ou cerâmica, serve para manter o estado de alto vácuo interno (o grau de vácuo geralmente é inferior a 10 Pa) e fornecer isolamento principal.

Sistema condutor: Composto por haste condutora estática, contato estático, contato móvel, haste condutora móvel, etc. O contato móvel é conectado ao mecanismo de operação externo através da haste condutora móvel, permitindo a operação de fechamento e abertura.

Sistema de contatos: É a parte fundamental para a geração e extinção do arco elétrico. O material dos contatos do interrruptor a vácuo para disjuntores geralmente utiliza liga cobre-cromo (cobre e cromo representam aproximadamente 50% cada), que possui alta capacidade de interrupção, alta resistência à corrosão elétrica e bom desempenho anti-fusão. A estrutura dos contatos era inicialmente cilíndrica simples, mas modernamente adota amplamente a estrutura de copo com campo magnético longitudinal, para melhorar a capacidade de interrupção de correntes elevadas.

Sistema de escudo: Composto principalmente por uma capa (cilindro) de escudo que envolve os contatos. Suas funções incluem: evitar que o vapor metálico gerado pela combustão do arco contamine a parede interna do invólucro de isolamento; melhorar a distribuição do campo elétrico dentro do interrruptor a vácuo; absorver parte da energia do arco elétrico e ajudar a condensar os produtos da combustão do arco, aumentando assim a capacidade de interrupção.

Balão de metal: Um elemento elástico fino de parede feito de aço inoxidável, soldado entre a haste condutora móvel e o invólucro. Sua função principal é manter a vedação de vácuo interna do interrruptor a vácuo, ao mesmo tempo permitir que o contato móvel realize movimento linear durante as operações de fechamento e abertura, sendo um componente fundamental para alcançar alta vida útil mecânica.

II. Princípio de Funcionamento

O princípio de funcionamento do interrruptor a vácuo baseia-se no excelente desempenho de isolamento e extinção de arco do meio de alto vácuo:

Conexão do circuito: O mecanismo de operação empurra a haste condutora móvel, fazendo com que os contatos móvel e estático se fechem, conectando o circuito.

Geração do arco elétrico: Quando os contatos se separam sob carga, os pontos de contato diminuem rapidamente, a densidade de corrente aumenta drasticamente, fazendo com que o material metálico se funda e evapore em vapor metálico. Sob a ação de um campo elétrico forte, o vapor metálico é ionizado, formando um arco a vácuo.

Extinção do arco elétrico: O arco a vácuo é mantido pelo vapor metálico evaporado do material dos contatos. Quando a corrente alternada passa naturalmente por zero, o arco elétrico se extingue temporariamente, e as partículas de vapor metálico se difundem rapidamente e se condensam na capa de escudo. Ao mesmo tempo, a distância entre os contatos aumenta, e a resistência do meio do intervalo se recupera rapidamente, impedindo que o arco elétrico se reacenda e cortando completamente o circuito.

III. Principais Características e Vantagens

A tecnologia de interrruptores a vácuo possui as seguintes vantagens significativas:

Segurança e proteção ambiental: Utiliza o vácuo como meio de extinção de arco, sem risco de incêndio ou explosão, não produz gases tóxicos e nocivos, e não causa poluição durante a operação.

Desempenho excelente: Velocidade de extinção de arco rápida, alta capacidade de interrupção, longa vida útil elétrica e mecânica.

Manutenção simples: Pequeno volume, leve, estrutura compacta, praticamente sem manutenção, operação confiável.

Economia de energia e materiais: Baixo consumo de energia, pequena energia de operação necessária, baixo consumo de materiais.

IV. Áreas de Aplicação

O interrruptor a vácuo, como componente essencial, é amplamente utilizado nas seguintes áreas:

Sistema de energia: Principalmente utilizado em disjuntores a vácuo de subestações e instalações da rede elétrica, bem como em interruptores de carga a vácuo para usuários finais da rede elétrica, cobrindo níveis de tensão de 10kV, 35kV e até superiores.

Área industrial: Amplamente utilizado em sistemas de distribuição de energia e equipamentos de controle de motores de indústrias como metalurgia, mineração, petróleo, química, ferrovias, etc.