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Il “cuore” dei VCB: L'interruttore a vuoto (VI) è lo standard accettato a livello mondiale per la commutazione a media tensione, che utilizza Estinzione dell'arco con vapori metallici in una camera ad alto vuoto (< 10⁻⁵ Pa) per interrompere correnti di guasto massicce.
Verdetto della selezione: Per gli OEM che richiedono una resistenza conforme alle norme IEC (Classe E2/M2), XBRELE Gli interruttori sottovuoto rappresentano un'alternativa ecologica e di qualità superiore all'SF6, garantendo una precisione di fabbrica per reti da 12 kV a 40,5 kV.
Nell'infrastruttura critica della distribuzione di energia a media tensione (MT) e alta tensione (AT), l'affidabilità dell'intero sistema di protezione spesso dipende da un unico componente: l'interruttore. Mentre il meccanismo di azionamento esterno fornisce l'energia cinetica necessaria e la logica del relè funge da cervello, il compito fisico effettivo di isolare le correnti di guasto massicce avviene all'interno di una camera ceramica ermeticamente sigillata, la Interruttore sottovuoto (VI).
Spesso definito il “cuore” o la “bottiglia” di un interruttore automatico sottovuoto, Il VI è una meraviglia ingegneristica. È responsabile della generazione e dell'interruzione di correnti che vanno dalle correnti di carico nominali di 630 A alle correnti di guasto da cortocircuito superiori a 63 kA.
A differenza delle tecnologie tradizionali come il petrolio o SF6 (esafluoruro di zolfo), La tecnologia del vuoto è diventata lo standard dominante per le applicazioni da 12 kV a 40,5 kV.
Per gli acquirenti OEM e i progettisti di quadri elettrici, una comprensione superficiale dei VI non è più sufficiente. La differenza tra un VI di alta qualità e un guasto affidabile risiede in dettagli microscopici: il contenuto di gas del rame, la geometria del campo magnetico e l'integrità della brasatura. Questo articolo fornisce un'analisi approfondita per aiutarti a valutare la qualità.
Dal punto di vista tecnico, un interruttore sottovuoto è un componente specializzato per quadri elettrici che utilizza un ambiente ad alto vuoto (tipicamente 10⁻⁵ Pa o superiore) come mezzo dielettrico per lo spegnimento dell'arco e l'isolamento.
Poiché un vuoto “perfetto” non contiene molecole di gas ionizzabili, possiede una rigidità dielettrica significativamente superiore rispetto all'aria o all'SF6 a distanze comparabili. Ciò consente di ridurre notevolmente la distanza di contatto, spesso fino a Da 6 mm a 20 mm—con conseguente meccanismo di funzionamento compatto e a basso consumo energetico.
Per una rapida consultazione, ecco i parametri standard che gli ingegneri incontrano generalmente:
| Parametro | Valore tipico / Caratteristica |
|---|---|
| Tensione nominale | Da 1,14 kV a 40,5 kV (fino a 72,5 kV per interruzione singola) |
| Corrente nominale | Da 630 A a 5000 A |
| Corrente di interruzione di cortocircuito | Da 16 kA a 63 kA (fino a 80 kA tipico) |
| Contatta Gap | Da 6 mm (12 kV) a 20 mm (40,5 kV) |
| Vita meccanica | Da 10.000 a 30.000 operazioni (Classe M2) |
| Vita elettrica (cortocircuito) | Da 30 a 100 operazioni (Classe E2) |
| Pressione interna | < 1,33 × 10⁻³ Pa (alla fine della durata di conservazione) |
Per capire perché Il vuoto è così efficace che gli ingegneri lo definiscono Legge di Paschen. La legge descrive la tensione di rottura come una funzione della pressione (p) e distanza di separazione (d).
Un interruttore a vuoto è un complesso assemblaggio di materiali ad alta purezza uniti mediante brasatura avanzata in forno a vuoto.
I contatti sono l'elemento più critico. Devono condurre il calore in modo efficiente, resistere all'erosione dell'arco e impedire la saldatura.
Il soffietto è l'unica parte mobile dell'involucro sottovuoto. Consente al contatto mobile di spostarsi senza rompere la tenuta ermetica.
Circonda lo spazio dell'arco per intercettare i vapori metallici esplosivi generati durante l'interruzione.
Per un'analisi dettagliata, consulta la nostra guida su Parti dell'interruttore automatico a vuoto.
L'integrità strutturale del VI dipende dal modo in cui questi componenti sono assemblati. I produttori di alta qualità come XBRELE utilizzano un “Brasatura in un unico passaggio” tecnica. Anziché ricorrere a cicli di riscaldamento multipli che possono indebolire i materiali e introdurre sollecitazioni, tutti i componenti vengono assemblati e brasati in un forno ad alto vuoto in un unico ciclo. Ciò garantisce un perfetto allineamento assiale e riduce al minimo le zone termicamente alterate nella struttura metallica.
Nel vuoto non c'è gas da ionizzare. L'arco è un Arco a vapori metallici, sostenuto da ioni (Cu/Cr vaporizzati) ed elettroni emessi da macchie catodiche (piccole pozze di metallo fuso sul contatto negativo).
Allo zero corrente (ciclo CA), l'immissione di energia si interrompe. I punti catodici si spengono. Il vapore metallico si espande in modo esplosivo nel vuoto (diffondendosi a circa 1000 m/s) e si condensa sugli schermi e sui contatti. La rigidità dielettrica si ripristina in pochi microsecondi, più rapidamente della tensione di recupero transitoria (TRV) in aumento, impedendo la riaccensione.
In presenza di correnti di guasto elevate (>10 kA), il campo magnetico dell'arco stesso provoca la sua contrazione in una colonna compatta e incredibilmente calda che può distruggere i contatti. Gli ingegneri utilizzano i campi magnetici per controllare questo fenomeno.
Suggerimento per la selezione ingegneristica: Per interruttori automatici di generatori o cicli di lavoro pesante in cui la durata dei contatti è fondamentale, AMF è preferibile a causa del minore stress termico. Per le reti di distribuzione standard, RMF offre una soluzione robusta ed economica.
Un interruttore sottovuoto non funziona in modo isolato, ma richiede un meccanismo di funzionamento meccanico preciso. Per gli ingegneri OEM che integrano gli interruttori sottovuoto nei propri interruttori automatici, tre parametri sono fondamentali:
Poiché i contatti a vuoto sono contatti di testa, si basano sulla pressione di una molla esterna per mantenere una bassa resistenza e impedire la saldatura durante le operazioni di “chiusura” in caso di cortocircuito.
Il meccanismo deve continuare a muoversi dopo che i contatti si sono toccati. Questo comprime la molla di pressione dei contatti.
Quando i contatti si chiudono con uno scatto, rimbalzano naturalmente.
Storicamente, i VI erano montati all'interno di cilindri isolanti (pali assemblati). La tendenza moderna è quella di Pali con isolamento solido incorporato.
Ogni cortocircuito vaporizza circa 1-3 mm di materiale di contatto nel corso della sua durata. Gli XBRELE VI soddisfano Classe E2 (IEC 62271-100), in grado di funzionare a lungo in condizioni di cortocircuito senza necessità di manutenzione.
Come si fa a sapere se un VI ha fallito?
Un interruttore sottovuoto di alta qualità ha in genere un durata di vita da 20 a 30 anni. Dal punto di vista meccanico, i VI standard sono classificati per Classe M2 (da 10.000 a 30.000 operazioni). Dal punto di vista elettrico, possono sopportare Classe E2 (fino a 100 interruzioni complete di cortocircuito) a seconda del materiale di contatto e del design.
L'unico metodo affidabile per testare l'integrità del vuoto sul campo è un Tester per bottiglie sottovuoto (test Vidar). Ciò comporta l'applicazione di un'alta tensione CC o CA (tipicamente 75% della tensione nominale di tenuta alla frequenza di rete) attraverso i contatti aperti. Se il vuoto è intatto, la corrente di dispersione è trascurabile; se il vuoto è compromesso, si verificherà immediatamente un flashover.
Lo svantaggio principale è il rischio di taglio corrente quando si commutano piccole correnti induttive, che possono causare sovratensioni transitorie (V = L · di/dt). Inoltre, gli interruttori a vuoto diventano meno economico a tensioni estremamente elevate (oltre 72,5 kV o 145 kV) dove sono necessarie interruzioni multiple in serie rispetto alle alternative SF6.
Il materiale standard del settore è Rame-Cromo (CuCr), tipicamente in un rapporto 50/50 o 75/25. Questa lega viene scelta perché il rame offre un'eccellente conduttività elettrica, mentre il cromo offre un alto punto di fusione e una forte capacità di “gettering” per assorbire i gas residui e mantenere il vuoto.
Gli interruttori automatici sottovuoto sono preferiti perché sono ecologico (zero emissioni di gas serra) e richiedono praticamente nessuna manutenzione. Mentre l'SF6 è un potente gas serra soggetto a severe normative globali di eliminazione graduale, la tecnologia del vuoto è sostenibile, offre una maggiore resistenza meccanica ed elimina il rischio di fughe di gas.
Durante la produzione, la pressione interna viene ridotta a meno di 10⁻⁵ Pa. Affinché un interruttore a vuoto mantenga la sua rigidità dielettrica e la sua capacità di estinzione dell'arco per tutta la sua durata, la pressione interna deve rimanere al di sotto della soglia critica di 10⁻² Pa.
No, un interruttore a vuoto non può essere riparato. Si tratta di un'unità sigillata ermeticamente con giunti brasati in ceramica-metallo. Una volta rotto il sigillo sottovuoto o quando i contatti sono erosi oltre il limite, è necessario sostituire l'intero interruttore (o polo incorporato).
L'interruttore a vuoto è il componente fondamentale dei moderni quadri elettrici. Tuttavia, la qualità interna varia. Un interruttore a vuoto di alta qualità con brasatura superiore, contatti CuCr ad alta purezza e design AMF preciso garantisce decenni di sicurezza.
Collabora con Engineering Excellence A XBRELE, progettiamo la sicurezza. I nostri VI superano IEC 62271-100 e ANSI/IEEE C37.60 standard. Che si tratti di VCB integrati o fornitura OEM, alimentiamo la vostra rete.
Un'analisi approfondita del “cuore” dei quadri elettrici MV. Questa guida tratta la fisica dell'estinzione dell'arco in alto vuoto, la tecnologia di brasatura ceramica-metallo e la scienza dei materiali dei contatti in CuCr.
Scarica la guida tecnica VI
