Avantages et applications des disjoncteurs basse tension à vide
Disjoncteurs à basse tension sous vide : avantages, applications et défis techniques
En raison de leur faible tension nominale, les disjoncteurs à basse tension sous vide ont une distance de contact plus petite que les types à moyenne tension. Dans ces petites distances, la technologie de champ magnétique transversal (CMT) est supérieure au champ magnétique axial (CMA) pour interrompre des courants de court-circuit élevés. Lors de l'interruption de grands courants, l'arc sous vide tend à se concentrer en un arc confiné, où les zones d'érosion localisée peuvent atteindre le point d'ébullition du matériau de contact.
Sans un contrôle approprié, les zones surchauffées de la surface de contact émettent un excès de vapeur métallique, ce qui peut conduire à une rupture diélectrique de l'espace de contact sous la tension de récupération transitoire (TRT) après le zéro de courant, entraînant un échec d'interruption. L'application d'un champ magnétique transversal, perpendiculaire à la colonne d'arc, dans l'interrupteur sous vide fait tourner rapidement l'arc confiné sur la surface de contact. Cela réduit considérablement l'érosion localisée, empêche une augmentation excessive de la température au zéro de courant, et améliore ainsi considérablement la capacité d'interruption du disjoncteur.
Avantages des disjoncteurs sous vide :
Les contacts ne nécessitent pas d'entretien
Longue durée de vie opérationnelle, avec une durée de vie électrique presque égale à la durée de vie mécanique
Les interrupteurs sous vide peuvent être montés dans n'importe quelle orientation
Fonctionnement silencieux
Aucun risque d'incendie ou d'explosion ; l'arc est entièrement contenu dans la chambre sous vide scellée, ce qui les rend adaptés aux environnements dangereux, tels que les mines de charbon
La performance n'est pas affectée par les conditions environnementales telles que la température, la poussière, l'humidité, le brouillard salin ou l'altitude
Capables de supporter des tensions élevées sur de très petites distances sous vide
L'interruption du courant est généralement réalisée lors de la première traversée par zéro du courant
Écologiques et facilement recyclables
Les disjoncteurs à basse tension sous vide partagent la même protection complète, les mêmes capacités de mesure étendues et les mêmes fonctionnalités de diagnostic riches que les disjoncteurs conventionnels à air (ACBs). Cependant, ils offrent des avantages supérieurs, notamment une meilleure endurance électrique et mécanique, un nombre plus élevé d'opérations de coupure de court-circuit nominale, une capacité d'extinction d'arc plus forte et une performance "zéro arc flash" véritable.
Ces caractéristiques les rendent particulièrement adaptés aux environnements difficiles et aux systèmes à haute tension et basse fréquence tels que AC690V et 1140V dans les configurations TN, TT et IT - couramment trouvées dans les applications photovoltaïques et éoliennes. Ils permettent des systèmes de collecte à haute tension qui réduisent les pertes de transmission. Au-delà de la protection des lignes, ces disjoncteurs peuvent également protéger les moteurs (conformes aux exigences GB50055) et les générateurs (conformes aux normes GB755), offrant aux utilisateurs une solution de protection de distribution de puissance basse tension plus sûre, plus fiable et plus complète.
Pourquoi les disjoncteurs sous vide ne sont-ils pas plus largement utilisés dans les applications à basse tension ?
La raison principale réside dans les exigences énergétiques importantes du mécanisme d'exploitation :
Les disjoncteurs à basse tension utilisent généralement des mécanismes d'exploitation légers avec des composants compacts. En revanche, les disjoncteurs sous vide nécessitent beaucoup plus d'énergie d'exploitation - surtout ceux conçus pour des applications à grande capacité de coupure. En raison de leur petite distance de contact, l'extinction de l'arc nécessite une énergie intense. Pour résister aux forces électromagnétiques pendant l'interruption des défauts, une pression de contact élevée est essentielle. Par exemple :
Un disjoncteur sous vide de 31,5 kA nécessite une force de contact d'environ 3200 N.
Pour maintenir une pression adéquate après l'usure des contacts, un déplacement de contact de 4 mm est nécessaire.
Par conséquent, l'énergie totale requise depuis l'engagement des contacts jusqu'à la fermeture complète est beaucoup plus élevée que celle des disjoncteurs à air.
Les exigences énergétiques spécifiques incluent :
45 joules pour un disjoncteur de 40 kA (force de contact : 4200 N)
63 joules pour un disjoncteur de 50 kA (force de contact : 6200 N)
Ainsi, le mécanisme d'exploitation doit être considérablement renforcé pour répondre à ces exigences. Pour une application à basse tension de 100 kA, l'énergie requise par un interrupteur sous vide dépasse la capacité des mécanismes d'exploitation standard à basse tension.
Une mise à niveau complète est nécessaire - ressorts de stockage d'énergie plus grands, course de compression de ressort augmentée, etc. Certains mécanismes existants ont une compression minimale (par exemple, seulement 25 mm), et même l'augmentation de la rigidité du ressort ne peut fournir suffisamment d'énergie. Des mécanismes avec une course plus longue sont nécessaires. Comme on le voit dans les disjoncteurs sous vide à moyenne tension, les ressorts actionnés par came s'étendent souvent sur plus de 50 mm, permettant un stockage d'énergie suffisant. De plus, la force mécanique globale, la dureté et la rigidité du mécanisme d'exploitation doivent être renforcées pour gérer les forces élevées impliquées.
