Qué es un disyuntor de vacío: funcionamiento y aplicaciones

La tecnología de los interruptores de vacío se introdujo por primera vez en 1960. Sin embargo, todavía es una tecnología en desarrollo. Con el paso del tiempo, el tamaño del disyuntor de vacío se ha reducido en comparación con los primeros años de la década de 1960, debido a diversos avances técnicos en este campo de la ingeniería. Un disyuntor es un dispositivo que interrumpe un circuito eléctrico para evitar la corriente no deseada causada por un cortocircuito, normalmente debido a una sobrecarga. Su función básica es interrumpir el flujo de corriente tras detectar un fallo. Este artículo ofrece una visión general del disyuntor de vacío y su función. Para saber más sobre los disyuntores, lee este artículo Tipos de disyuntores y su importancia.

¿Qué es un disyuntor de vacío?

Un disyuntor de vacío es un tipo de interruptor en el que la extinción del arco se produce en un entorno de vacío. La operación de conexión y desconexión de los contactos de corriente y la interrupción del arco correspondiente se produce en una cámara de vacío del disyuntor, que se denomina disyuntor de vacío.

El vacío utilizado como medio de extinción del arco en un interruptor se conoce como disyuntor de vacío porque el vacío ofrece una alta resistencia de aislamiento debido a sus propiedades superiores de extinción del arco. Esta solución es adecuada para la mayoría de las aplicaciones de tensión estándar, ya que, para tensiones más altas, se ha desarrollado la tecnología de vacío, pero no es comercialmente viable.

El funcionamiento de los contactos de corriente y la interrupción de arco asociada tienen lugar dentro de una cámara de vacío del interruptor, conocida como interruptor de vacío. Este interruptor consta de una cámara de arco de acero en el centro de aisladores cerámicos dispuestos simétricamente. La presión de vacío dentro de un disyuntor de vacío puede mantenerse a 10-6 bar. El rendimiento de un disyuntor de vacío depende principalmente del material utilizado para los contactos conductores de corriente, como el Cu/Cr.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento de los disyuntores de vacío una vez abiertos los contactos del interruptor en el vacío, puede generarse un arco entre los contactos debido a la ionización de los vapores metálicos de los contactos. Sin embargo, el arco puede extinguirse fácilmente porque los electrones, los iones y los vapores metálicos generados durante el arco se condensan rápidamente fuera de los contactos CB, de modo que la rigidez dieléctrica se restablece rápidamente.

La característica más importante del vacío es que, una vez que el arco se ha generado en el vacío, puede extinguirse rápidamente debido a la rápida mejora de la rigidez dieléctrica del vacío.

Materiales de contacto

El material de contacto de los VCB debe cumplir las siguientes propiedades.

• Alta densidad
• La resistencia de contacto debe ser inferior a
• La conductividad eléctrica es elevada para poder pasar las corrientes de carga habituales sin sobrecalentarse.
• La conductividad térmica es alta para disipar rápidamente el gran calor producido por el arco.
• La función termoiónica debe ser alta para permitir la destrucción temprana del arco.
• La tendencia debe ser baja para soldar
• Nivel de trituración menos la corriente
• Alta capacidad de resistencia al arco eléctrico
• El punto de ebullición debe ser alto para reducir la erosión del arco.
• El contenido de gas debe ser menor para garantizar una mayor vida útil
• La baja presión del vapor debe ser suficiente para reducir la cantidad de vapor de metal indivisible dentro de la cámara.

Construcción de un disyuntor de vacío

El disyuntor de vacío consta de una cámara de arco de acero en aisladores de cerámica dispuestos simétricamente en el centro. La presión dentro del disyuntor de vacío se mantiene por debajo de 10^-4 torr.

El material utilizado para los contactos de corriente desempeña un papel importante en el rendimiento del disyuntor de vacío. Las aleaciones como el cobre-bismuto o el cobre-cromo son materiales ideales para hacer contactos VCB.

Según la figura anterior, el disyuntor de vacío está formado por un contacto fijo, un contacto móvil y un interruptor de vacío. El contacto móvil está conectado al mecanismo de control mediante un fuelle de acero inoxidable. Los escudos de arco se apoyan en la envoltura aislante de forma que cubren estos escudos y evitan la condensación en la envoltura aislante. La posibilidad de fugas se elimina mediante el sellado permanente de la cámara de vacío, para lo cual se utiliza un recipiente de vidrio o cerámica como cuerpo aislante exterior.

Funcionamiento del disyuntor de vacío

En la figura siguiente se muestra una vista en sección de un disyuntor de vacío. Cuando los contactos se separan debido a ciertas condiciones anormales, se forma un arco entre los contactos; el arco se produce debido a la ionización de los iones metálicos y depende en gran medida del material de los contactos.

La interrupción del arco en los disyuntores de vacío es diferente a la de otros tipos de disyuntores. La separación de los contactos provoca la liberación de vapor que llena el espacio de contacto. Se trata de iones positivos liberados por el material de contacto. La densidad del vapor depende de la corriente del arco. Cuando la corriente disminuye, el ritmo de liberación de vapores disminuye y, después de que la corriente se haya reducido a cero, el medio recupera su rigidez dieléctrica si la densidad de vapor se reduce.

Cuando la corriente a interrumpir es muy pequeña en el vacío, el arco tiene varias trayectorias paralelas. La corriente total se divide en muchos arcos paralelos que se repelen y se extienden por la superficie de contacto. Se trata de un arco difuso que puede interrumpirse fácilmente.

Con valores de corriente elevados, el arco se concentra en una pequeña región. Esto provoca una rápida vaporización de la superficie de contacto. La interrupción del arco es posible si el arco permanece en estado difuso. Si se retira rápidamente de la superficie de contacto, el arco se vuelve a encender.

La extinción del arco en los disyuntores de vacío está fuertemente influenciada por el material y la forma de los contactos y la técnica de consideración del vapor de metal. La trayectoria del arco se mantiene en movimiento para que la temperatura en cualquier punto no sea elevada.

Tras la interrupción final del arco, se produce un rápido aumento de la rigidez dieléctrica, rasgo característico de los interruptores de vacío. Son adecuados para los condensadores de conmutación, ya que garantizan un rendimiento sin riesgos. La pequeña corriente se interrumpe antes de que se restablezca la corriente natural, lo que puede provocar una interrupción cuyo nivel depende del material de contacto.

Interrupción de la corriente

El corte de corriente en el disyuntor de vacío se produce principalmente en los interruptores en aceite y aire debido a la inestabilidad de la columna de arco. En los disyuntores de vacío, el corte de corriente depende principalmente de la presión de vapor y de las propiedades de la emisión de electrones en el material de contacto. Por lo tanto, el nivel de cizallamiento también está influenciado por la conductividad térmica: cuando la conductividad térmica es menor, el nivel de cizallamiento será menor.

Es posible disminuir el nivel de corriente al que se produce el picado seleccionando un material de contacto que proporcione suficiente vapor metálico para permitir que la corriente se acerque a un valor extremadamente bajo; sin embargo, esto no suele hacerse porque afecta negativamente a la rigidez dieléctrica.

Propiedades de los disyuntores de vacío

El medio aislante del disyuntor de vacío tiene una gran capacidad de extinción de arcos en comparación con otros tipos de disyuntores. La presión en el disyuntor de vacío es de unos 10-4 torrentes y comprende muy pocas moléculas dentro del disyuntor. Este interruptor tiene principalmente dos propiedades extraordinarias, como son las siguientes

En comparación con otros medios aislantes utilizados en los interruptores, este interruptor es un medio dieléctrico superior. Es superior a otros medios, además del SF6 y el aire, porque éstos se utilizan a alta presión.

Una vez que se abre un arco por separado moviendo los contactos hacia el vacío, se produce una interrupción en el cero de la corriente principal. Debido a la interrupción del arco, su rigidez dieléctrica aumenta hasta mil veces en comparación con otros tipos de interruptores.

Estas propiedades hacen que los interruptores sean más eficaces, menos pesados y menos costosos. La vida útil de estos interruptores es alta en comparación con otros tipos de interruptores y no requieren ningún mantenimiento.

las partes del disyuntor de vacío son el disyuntor de vacío, los terminales, las conexiones flexibles, los aisladores de soporte, la barra de control, la varilla de unión, el desplazamiento de control común, el maíz de control, la leva de bloqueo, el muelle de producción, el muelle de ruptura, el muelle de carga y la conexión principal.

Hay diferentes tipos de disyuntores de vacío están disponibles en los fabricantes que se indican a continuación.

Disyuntor de vacío Mitsubishi

Estos interruptores son fabricados por Mitsubishi Electric. Ofrecen una gran seguridad, fiabilidad y protección del medio ambiente. Los VCB de Mitsubishi tienen las siguientes características.

• La gama de productos es amplia
• No hay requisitos para los seis materiales peligrosos concretos.
• El nombre del material está ilustrado sobre las principales piezas de plástico
• El marco es plegable para el montaje
• Fácil mantenimiento

Interruptor de vacío Siemens

Los disyuntores de vacío Siemens son los SION 3AE5, que se utilizan en todas las aplicaciones de conmutación típicas de las redes industriales y de distribución de energía de media tensión, desde las corrientes de cortocircuito y la conmutación de cargas hasta las secciones de barras o la conexión a la red. Su sólida construcción y sus mínimas dimensiones de profundidad y anchura ayudan a reducir la necesidad de varios paneles.

Estos disyuntores están disponibles con un seccionador de puesta a tierra opcional para las versiones enchufables y de montaje fijo. Las principales características de este disyuntor son las siguientes

• Muy fácil de instalar en las celdas de media tensión aisladas por aire
• Alta fiabilidad
• El diseño es compacto
• Conmutación a distancia mediante la unidad de control remoto
• Los costes de diseño son bajos
• La vida útil es larga
• El mantenimiento es fácil

Prueba de disyuntores en vacío

Por lo general, las pruebas de conmutación se utilizan para verificar tanto el rendimiento de los mecanismos de conmutación individuales como la sincronización del sistema de disparo global. Una vez diseñados los disyuntores de vacío y utilizados en el campo, se utilizan tres tipos principales de pruebas para verificar su funcionamiento: la resistencia de contacto, la resistencia de alto potencial y la prueba de fugas.

Diferencia entre contactores de vacío y disyuntores de vacío

Un disyuntor de vacío se dispara en caso de avería, como un fallo a tierra, un cortocircuito, una sobretensión o una subtensión. Un contactor suele funcionar en serie a través de un fusible para evitar la corriente de fallo. A continuación se enumeran las principales diferencias entre el contactor de vacío y el disyuntor de vacío según las distintas características.

Ventajas del VCB

El vacío ofrece la mayor fuerza aislante. Por tanto, tiene unas propiedades de extinción del arco eléctrico muy superiores a las de cualquier otro medio.

• El disyuntor de vacío tiene una larga vida útil.
• A diferencia del interruptor accionado por aceite (OCB) o del interruptor accionado por aire (ABCB), se evita la explosión del VCB. Esto aumenta la seguridad del personal operativo.
• No hay riesgo de incendio
• El VCB es de funcionamiento rápido y, por tanto, ideal para la eliminación de fallos. El VCB es adecuado para operaciones repetidas.
• Los disyuntores de vacío prácticamente no necesitan mantenimiento.
• No emiten gases a la atmósfera y son silenciosos.

Desventajas del VCB

• El principal inconveniente del VCB es que no es rentable a tensiones superiores a 38 kV.
• El coste del interruptor se vuelve excesivo a tensiones más altas. Esto se debe a que a tensiones más altas (por encima de 38 kV) hay que conectar más de dos números de interruptores en serie.
• Además, la producción de VCB es antieconómica cuando se produce en pequeñas cantidades.

Aplicaciones del disyuntor de vacío

El disyuntor de vacío está reconocido hoy en día como la tecnología de corte de corriente más fiable para la aparamenta de media tensión. Requiere un mantenimiento mínimo en comparación con otras tecnologías de martillos.

Esta tecnología es especialmente adecuada para aplicaciones de media tensión. Para tensiones más altas, se ha desarrollado la tecnología de vacío, pero no es comercialmente viable. Los disyuntores de vacío se utilizan en los interruptores con revestimiento metálico y también en los de porcelana.

Por lo tanto, se trata de Funcionamiento del disyuntor de vacío (VCB) y aplicaciones. Esperamos que entiendas mejor este concepto. Además, si tienes alguna duda sobre este concepto o alguna idea de proyecto eléctrico y electrónico, por favor, danos tu opinión comentando en la sección de comentarios de abajo. He aquí una pregunta para ti, ¿Cuál es el principio de funcionamiento del VCB??