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El “corazón” de los VCB: El interruptor de vacío (VI) es el estándar aceptado a nivel mundial para la conmutación de media tensión, utilizando Extinción por arco de vapor metálico en una cámara de alto vacío (< 10⁻⁵ Pa) para interrumpir corrientes de falla masivas.
Veredicto de selección: Para fabricantes de equipos originales que requieran resistencia conforme a la norma IEC (Clase E2/M2), XBRELE Los interruptores de vacío ofrecen una alternativa superior y ecológica al SF6, proporcionando una precisión directa de fábrica para redes de 12 kV a 40,5 kV.
En la infraestructura crítica de distribución de energía de media tensión (MT) y alta tensión (AT), la fiabilidad de todo el sistema de protección suele depender de un único componente: el interruptor. Mientras que el mecanismo de accionamiento externo proporciona la energía cinética necesaria y la lógica del relé actúa como cerebro, la tarea física real de aislar las corrientes de fallo masivas se lleva a cabo dentro de una cámara cerámica herméticamente sellada: el Interruptor de vacío (VI).
A menudo se le denomina el “corazón” o la “botella” de un disyuntor de vacío, El VI es una maravilla de la ingeniería. Se encarga de generar y interrumpir corrientes que van desde corrientes de carga nominales de 630 A hasta corrientes de fallo por cortocircuito que superan los 63 kA.
A diferencia de tecnologías tradicionales como el petróleo o SF6 (hexafluoruro de azufre), La tecnología de vacío se ha convertido en el estándar dominante para aplicaciones de 12 kV a 40,5 kV.
Para los compradores OEM y los diseñadores de aparatos de conexión, ya no basta con tener un conocimiento superficial de los VI. La diferencia entre un VI de alta calidad y un fallo fiable reside en detalles microscópicos: el contenido de gas del cobre, la geometría del campo magnético y la integridad de la soldadura fuerte. Este artículo ofrece un análisis detallado y autorizado que le ayudará a evaluar la calidad.
Técnicamente, un interruptor de vacío es un componente especializado de aparatos de conexión que utiliza un entorno de alto vacío (normalmente 10⁻⁵ Pa o superior) como medio dieléctrico para la extinción del arco y el aislamiento.
Dado que un vacío “perfecto” no contiene moléculas de gas ionizables, posee una rigidez dieléctrica significativamente mayor que el aire o el SF6 en espacios comparables. Esto permite que el espacio de contacto sea notablemente pequeño, a menudo de tan solo De 6 mm a 20 mm—lo que da como resultado un mecanismo de funcionamiento compacto y de bajo consumo energético.
A modo de referencia rápida, estos son los parámetros estándar con los que suelen encontrarse los ingenieros:
| Parámetro | Valor típico / Característica |
|---|---|
| Tensión nominal | 1,14 kV a 40,5 kV (hasta 72,5 kV para una sola ruptura) |
| Corriente nominal | 630 A a 5000 A |
| Corriente de corte por cortocircuito | 16 kA a 63 kA (hasta 80 kA típico) |
| Contactar con Gap | 6 mm (12 kV) a 20 mm (40,5 kV) |
| Vida mecánica | De 10 000 a 30 000 operaciones (Clase M2) |
| Vida eléctrica (cortocircuito) | De 30 a 100 operaciones (Clase E2) |
| Presión interna | < 1,33 × 10⁻³ Pa (al final de la vida útil) |
Para entender por qué El vacío es tan eficaz que los ingenieros se refieren a él como Ley de Paschen. La ley describe la tensión de ruptura como una función de la presión (p) y la distancia entre espacios (d).
Un interruptor de vacío es un conjunto complejo de materiales de alta pureza unidos mediante soldadura avanzada en horno de vacío.
Los contactos son el elemento más crítico. Deben conducir el calor de manera eficiente, resistir la erosión por arco eléctrico y evitar la soldadura.
El fuelle es la única parte móvil de la envoltura de vacío. Permite que el contacto móvil se desplace sin romper el sello hermético.
Rodea el espacio del arco para interceptar el vapor metálico explosivo generado durante la interrupción.
Para obtener un desglose detallado, consulte nuestra guía sobre Piezas del interruptor de vacío.
La integridad estructural del VI depende de cómo se unen estos componentes. Los fabricantes de primera calidad, como XBRELE, utilizan un “Soldadura fuerte de una sola pasada” Técnica. En lugar de múltiples ciclos de calentamiento que pueden debilitar los materiales e introducir tensiones, todos los componentes se ensamblan y sueldan en un horno de alto vacío en un solo ciclo. Esto garantiza una alineación axial perfecta y minimiza las zonas afectadas por el calor en la estructura metálica.
En el vacío, no hay gas que ionizar. El arco es un Arco de vapor metálico, sostenido por iones (Cu/Cr vaporizados) y electrones emitidos desde puntos catódicos (pequeñas acumulaciones microscópicas de metal fundido en el contacto negativo).
En el cero actual (ciclo CA), la entrada de energía se detiene. Los puntos catódicos se extinguen. El vapor metálico se expande explosivamente en el vacío (difundiéndose a ~1000 m/s) y se condensa en los escudos y contactos. La rigidez dieléctrica se recupera en microsegundos, más rápido que el aumento del voltaje de recuperación transitorio (TRV), lo que evita que se vuelva a encender.
A corrientes de fallo elevadas (>10 kA), el propio campo magnético del arco hace que se contraiga formando una columna muy estrecha e increíblemente caliente que puede destruir los contactos. Los ingenieros utilizan campos magnéticos para controlar este fenómeno.
Consejo para la selección de ingeniería: Para disyuntores de generadores o ciclos de trabajo pesado en los que la vida útil de los contactos es fundamental, AMF es preferible debido a su menor estrés térmico. Para redes de distribución estándar, RMF proporciona una solución robusta y económica.
Un interruptor de vacío no funciona de forma aislada, sino que requiere un mecanismo de funcionamiento mecánico preciso. Para los ingenieros OEM que integran VI en sus interruptores, hay tres parámetros fundamentales:
Dado que los contactos de vacío son contactos a tope, dependen de la presión de un resorte externo para mantener una baja resistencia y evitar la soldadura durante las operaciones de “cierre” en caso de cortocircuito.
El mecanismo debe seguir moviéndose después de que los contactos entren en contacto. Esto comprime el resorte de presión de contacto.
Cuando los contactos se cierran de golpe, rebotan de forma natural.
Históricamente, los VI se montaban dentro de cilindros aislantes (postes ensamblados). La tendencia moderna es Postes con aislamiento sólido integrado.
Cada cortocircuito vaporiza entre 1 y 3 mm de material de contacto a lo largo de su vida útil. Los VI de XBRELE cumplen con Clase E2 (IEC 62271-100), capaz de soportar operaciones prolongadas en cortocircuito sin necesidad de mantenimiento.
¿Cómo se sabe que un VI ha fallado?
Un interruptor de vacío de alta calidad suele tener un vida útil de 20 a 30 años. Mecánicamente, los VI estándar están clasificados para Clase M2 (de 10 000 a 30 000 operaciones). Eléctricamente, pueden soportar Clase E2 (hasta 100 interrupciones completas por cortocircuito) dependiendo del material de contacto y del diseño.
El único método fiable para comprobar la integridad del vacío sobre el terreno es un Probador de botellas al vacío (prueba Vidar). Esto implica aplicar una alta tensión continua o alterna (normalmente 75% de la tensión soportada a la frecuencia nominal) a través de los contactos abiertos. Si el vacío está intacto, la corriente de fuga es insignificante; si el vacío se ve comprometido, se producirá inmediatamente una descarga eléctrica.
La principal desventaja es el riesgo de corte de corriente al conmutar pequeñas corrientes inductivas, lo que puede provocar sobretensiones transitorias (V = L · di/dt). Además, los interruptores de vacío se vuelven menos económico a voltajes extremadamente altos (por encima de 72,5 kV o 145 kV) donde se requieren múltiples rupturas en serie en comparación con las alternativas de SF6.
El material estándar de la industria es Cobre-cromo (CuCr), normalmente en una proporción de 50/50 o 75/25. Se elige esta aleación porque el cobre proporciona una excelente conductividad eléctrica, mientras que el cromo ofrece un alto punto de fusión y una gran capacidad de “absorción” para absorber los gases residuales y mantener el vacío.
Los interruptores automáticos de vacío son los preferidos porque son respetuoso con el medio ambiente (cero emisiones de gases de efecto invernadero) y exigir prácticamente sin mantenimiento. Mientras que el SF6 es un potente gas de efecto invernadero sujeto a estrictas regulaciones globales de eliminación gradual, la tecnología de vacío es sostenible, ofrece una mayor resistencia mecánica y elimina el riesgo de fugas de gas.
Durante la fabricación, la presión interna se reduce a menos de 10⁻⁵ Pa. Para que un interruptor de vacío mantenga su rigidez dieléctrica y su capacidad de extinción de arco a lo largo de su vida útil, la presión interna debe permanecer por debajo del umbral crítico de 10⁻² Pa.
No, un interruptor de vacío no se puede reparar. Es una unidad herméticamente sellada con juntas soldadas de cerámica a metal. Una vez que se rompe el sello al vacío o los contactos se erosionan más allá de su límite, se debe reemplazar todo el interruptor (o polo integrado).
El interruptor de vacío es el componente definitorio de los equipos de conmutación modernos. Sin embargo, la calidad interna varía. Un VI de primera calidad con soldadura superior, contactos CuCr de alta pureza y un diseño AMF preciso garantiza décadas de seguridad.
Asóciese con Engineering Excellence En XBRELE, diseñamos seguridad. Nuestros VI superan IEC 62271-100 y ANSI/IEEE C37.60 normas. Ya sea para VCB integrados o suministro OEM, alimentamos su red.
Una inmersión profunda en el “corazón” de los interruptores automáticos MV. Esta guía abarca la física de la extinción de arcos en alto vacío, la tecnología de soldadura fuerte de cerámica a metal y la ciencia de los materiales de contacto CuCr.
Descargar la guía de ingeniería VI
