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O “coração” dos VCBs: O interruptor a vácuo (VI) é o padrão globalmente aceito para comutação de média tensão, utilizando Extinção por arco de vapor metálico em uma câmara de alto vácuo (< 10⁻⁵ Pa) para interromper correntes de falha massivas.
Veredicto da seleção: Para OEMs que exigem resistência em conformidade com a IEC (Classe E2/M2), XBRELE Os interruptores a vácuo oferecem uma alternativa superior e ecológica ao SF6, proporcionando precisão direta da fábrica para redes de 12 kV a 40,5 kV.
Na infraestrutura crítica de distribuição de energia de média tensão (MT) e alta tensão (AT), a confiabilidade de todo o sistema de proteção geralmente se resume a um único componente: o interruptor. Enquanto o mecanismo operacional externo fornece a energia cinética necessária e a lógica do relé atua como o cérebro, a tarefa física real de isolar correntes de falha massivas ocorre dentro de uma câmara cerâmica hermeticamente fechada — o Interruptor a vácuo (VI).
Frequentemente referido como o “coração” ou “garrafa” de um disjuntor a vácuo, O VI é uma maravilha da engenharia. Ele é responsável por fazer e interromper correntes que variam de correntes de carga nominais de 630 A a correntes de falha de curto-circuito que excedem 63 kA.
Ao contrário das tecnologias tradicionais, como o petróleo ou SF6 (hexafluoreto de enxofre), a tecnologia de vácuo tornou-se o padrão dominante para aplicações de 12 kV a 40,5 kV.
Para compradores OEM e projetistas de comutadores, um conhecimento superficial sobre VIs não é mais suficiente. A diferença entre um VI premium e uma falha confiável está nos detalhes microscópicos: o teor de gás do cobre, a geometria do campo magnético e a integridade da brasagem. Este artigo oferece uma análise detalhada para ajudá-lo a avaliar a qualidade.
Tecnicamente definido, um interruptor a vácuo é um componente especializado para comutadores que utiliza um ambiente de alto vácuo (normalmente 10⁻⁵ Pa ou superior) como meio dielétrico para extinção de arco e isolamento.
Como um vácuo “perfeito” não contém moléculas de gás ionizáveis, ele possui uma rigidez dielétrica significativamente maior do que o ar ou o SF6 em intervalos comparáveis. Isso permite que o intervalo de contato seja notavelmente pequeno — muitas vezes apenas 6 mm a 20 mm—resultando em um mecanismo operacional compacto e de baixo consumo de energia.
Para uma referência rápida, aqui estão os parâmetros padrão que os engenheiros geralmente encontram:
| Parâmetro | Valor típico / Característica |
|---|---|
| Tensão nominal | 1,14 kV a 40,5 kV (até 72,5 kV para interrupção única) |
| Corrente nominal | 630 A a 5000 A |
| Corrente de interrupção de curto-circuito | 16 kA a 63 kA (até 80 kA típico) |
| Contato Gap | 6 mm (12 kV) a 20 mm (40,5 kV) |
| Vida mecânica | 10.000 a 30.000 operações (Classe M2) |
| Vida elétrica (curto-circuito) | 30 a 100 operações (Classe E2) |
| Pressão interna | < 1,33 × 10⁻³ Pa (no final do prazo de validade) |
Para entender por que O vácuo é tão eficaz que os engenheiros se referem a ele como Lei de Paschen. A lei descreve a tensão de ruptura como uma função da pressão (p) e distância entre os espaços (d).
Um interruptor a vácuo é um conjunto complexo de materiais de alta pureza unidos por soldagem avançada em forno a vácuo.
Os contatos são o elemento mais crítico. Eles devem conduzir o calor com eficiência, resistir à erosão do arco e impedir a soldagem.
O fole é a única parte móvel do invólucro a vácuo. Ele permite que o contato móvel se desloque sem quebrar a vedação hermética.
Cercando o espaço do arco para interceptar o vapor metálico explosivo gerado durante a interrupção.
Para obter uma análise detalhada, consulte nosso guia sobre peças para disjuntores a vácuo.
A integridade estrutural do VI depende da forma como esses componentes são unidos. Fabricantes premium como a XBRELE utilizam um “Soldagem por fusão de uma única etapa” técnica. Em vez de múltiplos ciclos de aquecimento, que podem enfraquecer os materiais e introduzir tensões, todos os componentes são montados e soldados em um forno de alto vácuo em um único ciclo. Isso garante um alinhamento axial perfeito e minimiza as zonas afetadas pelo calor na estrutura metálica.
Em um vácuo, não há gás para ionizar. O arco é um Arco de Vapor Metálico, sustentado por íons (Cu/Cr vaporizados) e elétrons emitidos a partir de manchas catódicas (poças microscópicas de metal fundido no contato negativo).
No zero atual (ciclo CA), a entrada de energia é interrompida. Os pontos catódicos se extinguem. O vapor metálico se expande explosivamente no vácuo (difundindo-se a ~1000 m/s) e se condensa nas blindagens e nos contatos. A rigidez dielétrica se recupera em microssegundos — mais rápido do que a tensão de recuperação transitória (TRV) crescente, impedindo a reignição.
Em correntes de falha elevadas (>10 kA), o próprio campo magnético do arco faz com que ele se contraia em uma coluna compacta e incrivelmente quente, capaz de destruir os contatos. Os engenheiros utilizam campos magnéticos para controlar esse fenômeno.
Dica de seleção de engenharia: Para disjuntores de geradores ou ciclos de trabalho pesado, onde a vida útil dos contatos é fundamental, AMF é preferível devido ao menor estresse térmico. Para redes de distribuição padrão, RMF oferece uma solução robusta e econômica.
Um interruptor a vácuo não funciona isoladamente; ele requer um mecanismo operacional mecânico preciso. Para os engenheiros OEM que integram VIs em seus disjuntores, três parâmetros são essenciais:
Como os contatos a vácuo são contatos de topo, eles dependem da pressão externa da mola para manter baixa resistência e evitar a soldagem durante operações de “fechamento” de curto-circuito.
O mecanismo deve continuar a se mover após os contatos se tocarem. Isso comprime a mola de pressão de contato.
Quando os contatos se fecham com força, eles naturalmente saltam.
Historicamente, os VIs eram montados dentro de cilindros isolantes (postes montados). A tendência moderna é Postes com isolamento sólido incorporado.
Cada curto-circuito vaporiza cerca de 1 a 3 mm do material de contato ao longo de sua vida útil. Os XBRELE VIs atendem Classe E2 (IEC 62271-100), capaz de operações prolongadas em curto-circuito sem manutenção.
Como saber se um VI falhou?
Um interruptor a vácuo de alta qualidade normalmente possui um vida útil de 20 a 30 anos. Mecanicamente, os VIs padrão são classificados para Classe M2 (10.000 a 30.000 operações). Eletricamente, eles podem suportar Classe E2 (até 100 interrupções completas de curto-circuito) dependendo do material de contato e do design.
O único método confiável para testar a integridade do vácuo em campo é um Testador de garrafas térmicas (Teste Vidar). Isso envolve a aplicação de uma alta tensão CC ou CA (normalmente 75% da tensão nominal de resistência à frequência de potência) nos contatos abertos. Se o vácuo estiver intacto, a corrente de fuga será insignificante; se o vácuo estiver comprometido, ocorrerá imediatamente uma descarga elétrica.
A principal desvantagem é o risco de corte de corrente ao comutar pequenas correntes indutivas, o que pode causar sobretensões transitórias (V = L · di/dt). Além disso, os interruptores a vácuo tornam-se menos econômico em tensões extremamente altas (acima de 72,5 kV ou 145 kV) onde são necessárias múltiplas interrupções em série em comparação com as alternativas SF6.
O material padrão da indústria é Cobre-Cromo (CuCr), normalmente numa proporção de 50/50 ou 75/25. Esta liga é escolhida porque o cobre proporciona uma excelente condutividade elétrica, enquanto o cromo oferece um ponto de fusão elevado e uma forte capacidade de “gettering” para absorver gases residuais e manter o vácuo.
Os disjuntores a vácuo são preferidos porque são ecológico (sem emissões de gases de efeito estufa) e exigir praticamente sem manutenção. Embora o SF6 seja um potente gás de efeito estufa sujeito a rigorosas regulamentações globais de eliminação gradual, a tecnologia de vácuo é sustentável, oferece maior resistência mecânica e elimina o risco de vazamento de gás.
Durante a fabricação, a pressão interna é reduzida para menos de 10⁻⁵ Pa. Para que um interruptor a vácuo mantenha sua rigidez dielétrica e capacidade de extinção de arco ao longo de sua vida útil, a pressão interna deve permanecer abaixo do limite crítico de 10⁻² Pa.
Não, um interruptor a vácuo não pode ser reparado. É uma unidade hermeticamente selada com juntas soldadas de cerâmica para metal. Uma vez que o selo a vácuo é quebrado ou os contatos são erodidos além do seu limite, todo o interruptor (ou polo embutido) deve ser substituído.
O interruptor a vácuo é o componente determinante dos modernos comutadores. No entanto, a qualidade interna varia. Um VI premium com brasagem superior, contatos CuCr de alta pureza e design AMF preciso garante décadas de segurança.
Parceria com excelência em engenharia Em XBRELE, projetamos segurança. Nossos VIs excedem IEC 62271-100 e ANSI/IEEE C37.60 padrões. Seja para VCBs integrados ou fornecimento OEM, nós alimentamos sua rede.
Um mergulho profundo no “coração” dos comutadores MV. Este guia aborda a física da extinção do arco em alto vácuo, a tecnologia de brasagem cerâmica-metal e a ciência dos materiais de contato CuCr.
Baixe o Guia de Engenharia VI
