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Le “ cœur ” des VCB : L'interrupteur à vide (VI) est la norme mondialement acceptée pour la commutation moyenne tension, utilisant Extinction par arc à vapeur métallique dans une chambre à vide poussé (< 10⁻⁵ Pa) pour interrompre les courants de défaut massifs.
Verdict de sélection : Pour les équipementiers exigeant une endurance conforme à la norme CEI (classe E2/M2), XBRELE Les interrupteurs à vide constituent une alternative supérieure et écologique au SF6, offrant une précision directe d'usine pour les réseaux de 12 kV à 40,5 kV.
Dans les infrastructures critiques de distribution d'électricité moyenne tension (MT) et haute tension (HT), la fiabilité de l'ensemble du système de protection repose souvent sur un seul composant : le commutateur. Alors que le mécanisme de commande externe fournit l'énergie cinétique nécessaire et que la logique du relais agit comme un cerveau, la tâche physique consistant à isoler les courants de défaut massifs s'effectue à l'intérieur d'une chambre en céramique hermétiquement scellée, le Interrupteur à vide (VI).
Souvent appelé le “ cœur ” ou la “ bouteille ” d'un disjoncteur à vide, Le VI est une merveille d'ingénierie. Il est chargé de créer et de couper des courants allant de courants de charge nominaux de 630 A à des courants de court-circuit dépassant 63 kA.
Contrairement aux technologies traditionnelles telles que le pétrole ou SF6 (hexafluorure de soufre), la technologie du vide est devenue la norme dominante pour les applications 12 kV-40,5 kV.
Pour les acheteurs OEM et les concepteurs d'appareillage de commutation, une compréhension superficielle des VI n'est plus suffisante. La distinction entre un VI haut de gamme et une défaillance fiable réside dans des détails microscopiques : la teneur en gaz du cuivre, la géométrie du champ magnétique et l'intégrité du brasage. Cet article fournit une analyse approfondie pour vous aider à évaluer la qualité.
Techniquement, un interrupteur à vide est un composant spécialisé pour appareillage de commutation qui utilise un environnement à vide poussé (généralement 10⁻⁵ Pa ou mieux) comme milieu diélectrique pour l'extinction de l'arc et l'isolation.
Comme un vide “ parfait ” ne contient aucune molécule de gaz ionisable, il possède une rigidité diélectrique nettement supérieure à celle de l'air ou du SF6 à des distances comparables. Cela permet d'obtenir un écart entre les contacts remarquablement faible, souvent de seulement 6 mm à 20 mm— ce qui donne un mécanisme compact et à faible consommation d'énergie.
Pour référence rapide, voici les paramètres standard auxquels les ingénieurs sont généralement confrontés :
| Paramètre | Valeur / caractéristique typique |
|---|---|
| Tension nominale | 1,14 kV à 40,5 kV (jusqu'à 72,5 kV pour une seule coupure) |
| Courant nominal | 630 A à 5000 A |
| Courant de coupure en court-circuit | 16 kA à 63 kA (jusqu'à 80 kA en général) |
| Contacter Gap | 6 mm (12 kV) à 20 mm (40,5 kV) |
| Durée de vie mécanique | 10 000 à 30 000 opérations (classe M2) |
| Durée de vie électrique (court-circuit) | 30 à 100 opérations (classe E2) |
| Pression interne | < 1,33 × 10⁻³ Pa (à la fin de la durée de conservation) |
Pour comprendre pourquoi Le vide est si efficace que les ingénieurs parlent de loi de Paschen. La loi décrit la tension de claquage en fonction de la pression (p) et la distance entre les espaces (d).
Un interrupteur à vide est un assemblage complexe de matériaux de haute pureté assemblés par brasage avancé dans un four à vide.
Les contacts sont l'élément le plus critique. Ils doivent conduire efficacement la chaleur, résister à l'érosion par arc électrique et empêcher le soudage.
Le soufflet est la seule partie mobile de l'enveloppe sous vide. Il permet au contact mobile de se déplacer sans rompre le joint hermétique.
Entoure l'espace de l'arc pour intercepter les vapeurs métalliques explosives générées pendant l'interruption.
Pour plus de détails, consultez notre guide sur pièces de disjoncteur à vide.
L'intégrité structurelle du VI dépend de la manière dont ces composants sont assemblés. Les fabricants haut de gamme tels que XBRELE utilisent un “ Brasage en une seule étape ” technique. Au lieu de multiples cycles de chauffage qui peuvent affaiblir les matériaux et introduire des contraintes, tous les composants sont assemblés et brasés dans un four à vide poussé en un seul cycle. Cela garantit un alignement axial parfait et minimise les zones affectées par la chaleur dans la structure métallique.
Dans le vide, il n'y a pas de gaz à ioniser. L'arc est un Arc à vapeur métallique, soutenu par des ions (Cu/Cr vaporisés) et des électrons émis par taches cathodiques (petites flaques microscopiques de métal fondu sur le contact négatif).
Au passage par zéro (cycle CA), l'apport d'énergie s'arrête. Les points cathodiques s'éteignent. La vapeur métallique se propage de manière explosive dans le vide (à une vitesse de diffusion d'environ 1 000 m/s) et se condense sur les blindages et les contacts. La rigidité diélectrique se rétablit en quelques microsecondes, plus rapidement que la tension de récupération transitoire (TRV) croissante, empêchant ainsi toute réinflammation.
À des courants de défaut élevés (>10 kA), le champ magnétique propre à l'arc provoque sa contraction en une colonne étroite et extrêmement chaude qui peut détruire les contacts. Les ingénieurs utilisent des champs magnétiques pour contrôler ce phénomène.
Conseil pour le choix d'un ingénieur : Pour les disjoncteurs de générateurs ou les cycles à usage intensif où la durée de vie des contacts est primordiale, AMF est préférable en raison d'une contrainte thermique moindre. Pour les réseaux de distribution standard, RMF offre une solution robuste et économique.
Un interrupteur à vide ne fonctionne pas de manière isolée ; il nécessite un mécanisme de fonctionnement mécanique précis. Pour les ingénieurs OEM qui intègrent des interrupteurs à vide dans leurs disjoncteurs, trois paramètres sont essentiels :
Les contacts à vide étant des contacts bout à bout, ils dépendent de la pression exercée par un ressort externe pour maintenir une faible résistance et empêcher le soudage lors des opérations de “ fermeture ” en cas de court-circuit.
Le mécanisme doit continuer à bouger après que les contacts se soient touchés. Cela comprime le ressort de pression de contact.
Lorsque les contacts se referment brusquement, ils rebondissent naturellement.
Historiquement, les VI étaient montés à l'intérieur de cylindres isolants (pôles assemblés). La tendance moderne est Poteaux à isolation solide intégrée.
Chaque court-circuit vaporise environ 1 à 3 mm de matériau de contact au cours de sa durée de vie. Les XBRELE VI répondent aux exigences suivantes Classe E2 (IEC 62271-100), capable de fonctionner en court-circuit prolongé sans entretien.
Comment savoir si un VI a échoué ?
Un interrupteur à vide de haute qualité comporte généralement un durée de vie de 20 à 30 ans. Sur le plan mécanique, les VI standard sont classés pour Classe M2 (10 000 à 30 000 opérations). Sur le plan électrique, ils peuvent résister à Classe E2 (jusqu'à 100 interruptions complètes en court-circuit) en fonction du matériau et de la conception du contact.
La seule méthode fiable pour tester l'intégrité du vide sur le terrain est un Testeur de bouteilles sous vide (test Vidar). Cela implique d'appliquer une tension continue ou alternative élevée (généralement 75% de la tension nominale à fréquence industrielle) entre les contacts ouverts. Si le vide est intact, le courant de fuite est négligeable ; si le vide est compromis, un claquage se produit immédiatement.
Le principal inconvénient est le risque de coupe de courant lors de la commutation de petits courants inductifs, qui peuvent provoquer des surtensions transitoires (V = L · di/dt). De plus, les interrupteurs à vide deviennent moins économique à des tensions extrêmement élevées (supérieure à 72,5 kV ou 145 kV) où plusieurs coupures en série sont nécessaires par rapport aux alternatives au SF6.
Le matériau standard de l'industrie est Cuivre-chrome (CuCr), généralement dans un rapport de 50/50 ou 75/25. Cet alliage est choisi parce que le cuivre offre une excellente conductivité électrique, tandis que le chrome présente un point de fusion élevé et une forte capacité de “ gettering ” pour absorber les gaz résiduels et maintenir le vide.
Les disjoncteurs à vide sont préférés car ils sont respectueux de l'environnement (zéro émission de gaz à effet de serre) et exiger pratiquement aucun entretien. Alors que le SF6 est un puissant gaz à effet de serre soumis à des réglementations mondiales strictes en matière d'élimination progressive, la technologie du vide est durable, offre une plus grande résistance mécanique et élimine le risque de fuite de gaz.
Pendant la fabrication, la pression interne est réduite à moins de 10⁻⁵ Pa. Pour qu'un interrupteur à vide conserve sa rigidité diélectrique et sa capacité d'extinction d'arc tout au long de sa durée de vie, la pression interne doit rester inférieure au seuil critique de 10⁻² Pa.
Non, un interrupteur à vide ne peut pas être réparé. Il s'agit d'un dispositif hermétiquement scellé avec des joints céramique-métal brasés. Une fois que le joint sous vide est rompu ou que les contacts sont érodés au-delà de leur limite, l'interrupteur complet (ou le pôle intégré) doit être remplacé.
L'interrupteur à vide est le composant essentiel des appareillages de commutation modernes. Cependant, leur qualité interne varie. Un interrupteur à vide haut de gamme, doté d'un brasage de qualité supérieure, de contacts CuCr de haute pureté et d'une conception AMF précise, garantit des décennies de sécurité.
Collaborez avec Engineering Excellence À XBRELE, nous concevons la sécurité. Nos VI dépassent IEC 62271-100 et ANSI/IEEE C37.60 normes. Que ce soit pour les VCB intégrés ou la fourniture OEM, nous alimentons votre réseau.
Une plongée au cœur des appareillages de commutation MV. Ce guide traite de la physique de l'extinction de l'arc dans un vide poussé, de la technologie de brasage céramique-métal et de la science des matériaux de contact CuCr.
Télécharger le guide d'ingénierie VI
