Vantagens e Aplicações dos Disjuntores de Vácuo de Baixa Tensão

Interruptores de Circuito a Vácuo de Baixa Tensão: Vantagens, Aplicações e Desafios Técnicos

Devido à sua classificação de tensão mais baixa, os interruptores de circuito a vácuo de baixa tensão têm um intervalo de contato menor em comparação com os tipos de média tensão. Nesses pequenos intervalos, a tecnologia de campo magnético transversal (TMF) é superior ao campo magnético axial (AMF) para interromper correntes de curto-circuito altas. Ao interromper grandes correntes, o arco a vácuo tende a se concentrar em um modo de arco restrito, onde zonas de erosão localizadas podem atingir o ponto de ebulição do material do contato.

Sem o controle adequado, áreas superaquecidas na superfície do contato emitem vapor metálico excessivo, o que pode levar à quebra dielétrica do intervalo de contato sob a tensão de recuperação transitória (TRV) após o zero da corrente, resultando em falha de interrupção. A aplicação de um campo magnético transversal - perpendicular à coluna do arco - dentro do interrompedor a vácuo impulsiona o arco restrito a girar rapidamente pela superfície do contato. Isso reduz significativamente a erosão localizada, previne o aumento excessivo de temperatura no zero da corrente e, portanto, aumenta consideravelmente a capacidade de interrupção do disjuntor.

Vantagens dos Interruptores de Circuito a Vácuo:

• Contatos não requerem manutenção

• Vida operacional longa, com vida elétrica quase igual à vida mecânica

• Interrompedores a vácuo podem ser montados em qualquer orientação

• Operação silenciosa

• Sem risco de incêndio ou explosão; o arco está totalmente contido dentro da câmara de vácuo selada, tornando-os adequados para ambientes perigosos e à prova de explosão, como minas de carvão

• O desempenho não é afetado por condições ambientais circundantes, como temperatura, poeira, umidade, neblina salina ou altitude

• Capazes de suportar altas tensões através de pequenos intervalos de vácuo

• Interrupção da corrente geralmente concluída na primeira passagem pelo zero da corrente

• Ecológicos e facilmente recicláveis

Os interruptores de circuito a vácuo de baixa tensão compartilham as mesmas proteções abrangentes, amplas capacidades de medição e ricas funcionalidades diagnósticas que os Disjuntores de Corrente de Ar (ACBs) convencionais. No entanto, eles oferecem vantagens superiores, incluindo maior resistência elétrica e mecânica, maior número de operações de interrupção de curto-circuito nominal, maior capacidade de extinção de arcos e desempenho verdadeiro "zero flash de arco".

Essas características os tornam especialmente adequados para ambientes rigorosos e sistemas de baixa frequência de alta tensão, como AC690V e 1140V em configurações TN, TT e IT - comumente encontradas em aplicações fotovoltaicas e eólicas. Eles permitem sistemas coletores de alta tensão que reduzem perdas de transmissão. Além da proteção de linha, esses disjuntores também podem proteger motores (atendendo aos requisitos GB50055) e geradores (atendendo aos padrões GB755), fornecendo aos usuários uma solução de proteção de distribuição de energia de baixa tensão mais segura, confiável e abrangente.

Por Que os Interruptores de Circuito a Vácuo Não São Mais Amplamente Utilizados em Aplicações de Baixa Tensão?

A razão principal reside nas demandas energéticas significativas do mecanismo de operação:

Os disjuntores de baixa tensão geralmente empregam mecanismos de operação leves com componentes compactos. Em contraste, os interruptores de circuito a vácuo requerem substancialmente mais energia de operação - especialmente aqueles projetados para aplicações de alta capacidade de interrupção. Devido ao seu pequeno intervalo de contato, extinguir o arco requer energia intensa. Para suportar as forças eletromagnéticas durante a interrupção de falhas, uma pressão de contato elevada é essencial. Por exemplo:

• Um disjuntor a vácuo de 31.5kA requer aproximadamente 3200N de força de contato.

• Para manter a pressão adequada após o desgaste do contato, é necessária uma viagem de contato de 4mm.

• Consequentemente, a energia total necessária desde o engajamento do contato até o fechamento completo é muito maior do que a dos disjuntores de ar.

As exigências específicas de energia incluem:

• 45 joules para um disjuntor de 40kA (força de contato: 4200N)

• 63 joules para um disjuntor de 50kA (força de contato: 6200N)

Assim, o mecanismo de operação deve ser significativamente reforçado para atender a essas demandas. Para uma aplicação de baixa tensão de 100kA, a energia necessária pelo interrompedor a vácuo excede a capacidade dos mecanismos de operação de baixa tensão padrão.

É necessário um upgrade completo - molas de armazenamento de energia maiores, acréscimo no curso de compressão da mola, etc. Alguns mecanismos existentes têm compressão mínima (por exemplo, apenas 25mm), e mesmo aumentando a rigidez da mola, não é possível fornecer energia suficiente. Em vez disso, são necessários mecanismos com curso mais longo. Como visto nos disjuntores de circuito a vácuo de média tensão, as molas acionadas por cam possuem frequentemente curso superior a 50mm, permitindo armazenamento de energia suficiente. Além disso, a resistência mecânica, dureza e rigidez geral do mecanismo de operação devem ser aprimoradas para lidar com as forças elevadas envolvidas.