Interruptores a Vácuo vs Interruptores a Ar: Principais Diferenças

Disjuntores de Baixa Tensão a Ar vs. Disjuntores a Vácuo: Estrutura, Desempenho e Aplicação

Os disjuntores de baixa tensão a ar, também conhecidos como disjuntores universais ou disjuntores de moldura moldada (MCCBs), são projetados para tensões alternadas de 380/690V e tensões contínuas de até 1500V, com correntes nominais que variam de 400A a 6300A ou até 7500A. Esses disjuntores usam o ar como meio de extinção do arco. O arco é extinto através do alongamento, divisão e resfriamento por um condutor de arco (corredor de arco). Tais disjuntores podem interromper correntes de curto-circuito de 50kA, 80kA, 100kA, ou até 150kA.

Componentes Principais e Funcionalidade

• Mecanismo de Operação: Localizado na frente do disjuntor, fornece a velocidade necessária para a separação e fechamento dos contatos. O movimento rápido dos contatos ajuda a esticar e resfriar o arco, facilitando sua extinção.

• Unidade de Trip Inteligente: Montada ao lado do mecanismo de operação, esta é o "cérebro" do disjuntor de baixa tensão. Recebe sinais de corrente e tensão via sensores, calcula parâmetros elétricos e os compara com as configurações de proteção LSIG pré-definidas:

• L: Atraso de longa duração (proteção contra sobrecarga)

• S: Atraso de curta duração (proteção contra curto-circuito)

• I: Instantâneo (disparo instantâneo)

• G: Proteção contra falha à terra
  Com base nessas configurações, a unidade de trip sinaliza o mecanismo para abrir o disjuntor em caso de sobrecargas ou curtos-circuitos, fornecendo proteção abrangente.

• Câmara de Arco e Terminais: Localizada na parte traseira, a câmara de arco contém os contatos e o condutor de arco. Os terminais de saída trifásica inferiores estão equipados com:

• Sensores de corrente eletrônicos (para entrada de sinal na unidade de trip)

• Transformadores de corrente eletromagnéticos (TCs) (para fornecer energia de operação à unidade de trip)

O mecanismo de operação geralmente tem uma vida útil mecânica inferior a 10.000 operações.

Evolução da Interrupção a Ar para a Interrupção a Vácuo

Historicamente, existiam disjuntores de média tensão a ar, mas eram volumosos, tinham capacidade de interrupção limitada e produziam significativa luz de arco (arco não-zero), tornando-os inseguros e impraticáveis.

Em contraste, os disjuntores a vácuo (VCBs) compartilham uma disposição geral similar: o mecanismo de operação na frente e o interruptor na parte traseira. No entanto, o interruptor usa um interruptor a vácuo (ou "ampola a vácuo"), que é estruturalmente semelhante a uma lâmpada incandescente — um envelope de vidro ou cerâmica selado e evacuado para alto vácuo.

No vácuo:

• É necessário apenas um pequeno intervalo de contato para atender aos requisitos de isolamento e resistência de tensão.

• O arco é rapidamente extinto devido à ausência de meio ionizável e à difusão eficiente do vapor metálico.

Aplicações de Disjuntores a Vácuo

Os disjuntores a vácuo se desenvolveram rapidamente e agora são amplamente utilizados em sistemas de baixa, média e alta tensão:

• Disjuntores a Vácuo de Baixa Tensão: Geralmente classificados em 1,14kV, com correntes nominais de até 6300A e capacidade de interrupção de curto-circuito de até 100kA.

• Disjuntores a Vácuo de Média Tensão: Mais comuns na faixa de 3,6–40,5kV, com correntes de até 6300A e capacidade de interrupção de até 63kA. Mais de 95% dos quadros de distribuição de média tensão agora usam interrupção a vácuo.

• Disjuntores a Vácuo de Alta Tensão: Interruptores monopolares alcançaram 252kV, e disjuntores a vácuo de 550kV foram alcançados através de interruptores conectados em série.

Principais Diferenças de Design

Diferentemente dos disjuntores a ar que usam molas de contato, os disjuntores a vácuo exigem que o mecanismo de operação:

• Forneça velocidade suficiente de abertura e fechamento

• Assegure pressão adequada nos contatos

Esta pressão de contato deve permanecer suficiente mesmo após desgaste de até 3mm, para transportar confiavelmente a corrente nominal e suportar a corrente de pico de curto-circuito durante falhas.

Vantagens dos Disjuntores a Vácuo

• Alta confiabilidade e segurança

• Imune a condições ambientais (poeira, umidade, altitude)

• Sem luz de arco (sem arco externo)

• Tamanho compacto e longos intervalos de manutenção

Essas vantagens tornam os disjuntores a vácuo ideais para uso em ambientes perigosos, como plantas químicas, minas de carvão, instalações de óleo e gás, onde riscos de explosão e segurança contra incêndios são críticos.

Estudo de Caso Real: Desempenho de Disjuntores a Vácuo vs. Disjuntores a Ar Sob Falha

Uma grande planta química instalou dois disjuntores — um disjuntor a ar e um disjuntor a vácuo — em configurações de circuito idênticas e submeteu-os às mesmas condições de falha.

O circuito era uma configuração de ligação, onde as fontes de energia de ambos os lados do disjuntor estavam fora de sincronização. Isso resultou em uma tensão transitória através do intervalo de contato aproximadamente duas vezes a tensão nominal, levando à falha do disjuntor.

Resultados:

• Disjuntor a Ar:
  Sofreu destruição completa. A carcaça do disjuntor rompeu-se, e o equipamento de comutação adjacente em ambos os lados foi severamente danificado. Foi necessário extensa reconstrução e substituição.

• Disjuntor a Vácuo:
  A falha foi significativamente menos violenta. Após a substituição do interruptor a vácuo e a limpeza dos produtos de arco (fuligem) do disjuntor e do compartimento, o equipamento de comutação foi restaurado ao serviço rapidamente.

Conclusão

Os disjuntores a vácuo demonstram superior contenção de falhas, segurança e confiabilidade em comparação com os disjuntores a ar, especialmente sob transientes de sobretensão severos. Seus interruptores a vácuo selados impedem a propagação do arco, minimizando danos e tempo de inatividade.

Em ambientes explosivos ou inflamáveis, como plantas químicas e minas de carvão, a operação sem arco e o desempenho robusto dos disjuntores a vácuo oferecem uma clara vantagem tecnológica e de segurança.