Análise abrangente do disjuntor a vácuo: princípios de operação e aplicações

Disjuntor a vácuo O disjuntor a vácuo é um tipo de equipamento de comutação especializado em sistemas de energia elétrica, que pode cortar rapidamente a corrente quando o circuito está com defeito, de modo a proteger o circuito e os equipamentos relacionados. Neste artigo, discutiremos em detalhes o princípio de funcionamento, as características de projeto do disjuntor a vácuo e sua importância no sistema de energia moderno.

O que é um disjuntor a vácuo?

Disjuntor a vácuo, conhecido como disjuntor com interruptor a vácuo, que opera em um meio de vácuo para obter corte e ativação eficientes da corrente. Esse projeto permite que os disjuntores a vácuo tenham isolamento superior e recursos de extinção de arco quando confrontados com altas tensões.

Princípio de operação dos disjuntores a vácuo

O princípio principal dos disjuntores a vácuo é eliminar a energia do arco nos contatos (móveis e estáticos). Quando os contatos do disjuntor são abertos no vácuo, é criado um arco entre os contatos. Entretanto, como os íons e os vapores metálicos se condensam rapidamente nas superfícies de contato, o arco pode ser extinto rapidamente, aumentando assim a resistência do dielétrico. Essa característica torna os disjuntores a vácuo ideais para sistemas de equipamentos de energia de alta tensão.

Características dos disjuntores a vácuo

O dielétrico isolante dos disjuntores a vácuo apresenta excelente capacidade de extinção de arco, comparável à dos disjuntores a ar e a SF6. Os contatos operam em um ambiente de vácuo e são capazes de interromper a corrente inicial abaixo de zero, aumentando significativamente a resistência do dielétrico. Esse projeto torna os disjuntores a vácuo eficientes, leves e econômicos, além de não exigir manutenção dispendiosa.

Natureza dos disjuntores a vácuo

A distância de abertura do contato é pequena. A distância de abertura do contato do disjuntor a vácuo é pequena. Por exemplo, um disjuntor de 10kV só precisa de uma distância de abertura de cerca de 10 mm, com pequena potência operacional e longa vida mecânica.
O tempo de queima do arco é curto: o tempo de queima do arco de um disjuntor a vácuo é muito curto, geralmente cerca de meia onda semanal - cerca de 10 ms; é irrelevante para o tamanho da corrente.
Isso é aprimorado ainda mais pelas melhores características dielétricas do vácuo, que o tornam adequado para a desconexão de falhas nas proximidades.
Tempo de operação mais longo: como o desgaste no momento do engate do contato é muito pequeno, a vida elétrica de um disjuntor a vácuo é longa. Com esse dispositivo, é possível realizar de 30 a 50 aberturas de capacidade total e a corrente nominal atingida pode ser de 5.000 ciclos ou mais.
No caso dos disjuntores a vácuo, o tamanho e o peso são menores em comparação com os disjuntores convencionais; portanto, a instalação e a manutenção se tornam fáceis.
Compatível com carga capacitiva: capaz de desligar a corrente da carga capacitiva; compatível com a aplicação de rede elétrica de alta tensão.

Tipo de disjuntor a vácuo

Uma designação típica de modelo para um disjuntor a vácuo inclui várias letras seguidas de um número, cuja combinação define as características de projeto e desempenho. A seguir, algumas interpretações específicas:
Código do produto: para representar as letras dos diferentes tipos de disjuntores, "Z" para disjuntor a vácuo, outros são "S" - disjuntor sem óleo, "K" - disjuntor a ar, "L" - disjuntor de hexafluoreto de enxofre e assim por diante.
Código do local de instalação: "N" significa instalação interna e "W" significa instalação externa.
Número da série de projetos: 1, 2, 3, etc., são alguns números que indicam uma série de projetos.
Tensão nominal kV, o que significa que o grau de tensão nominal do disjuntor pode ser de 10kV ou 12kV.
Corrente nominal em A: Valor da corrente que o disjuntor pode suportar com segurança, por exemplo: 630A, 1250A, etc.
Corrente nominal de interrupção: valor máximo de corrente que um disjuntor é capaz de interromper sob condição de curto-circuito, por exemplo, 20kA, 25kA etc.
Por exemplo, o significado do disjuntor a vácuo do tipo ZN12-10 é
"Z" para disjuntor a vácuo
"N" = Instalação interna
"12" representa o número da série de design.
"10" indica que a tensão nominal é de 10kV.

Aplicações do disjuntor a vácuo

Os disjuntores a vácuo são usados em sistemas de energia em que a faixa de tensão está entre 11kV e 33kV. Durante a operação, os contatos são completamente vedados em um cilindro a vácuo, garantindo que sejam separados sem geração de arco. As vantagens oferecidas por esse projeto incluem baixa necessidade de manutenção, nenhuma emissão de gás, longa vida útil e baixos níveis de ruído, o que o torna ideal para ambientes internos.

Técnica de seleção no disjuntor a vácuo

A seleção do disjuntor a vácuo adequado deve se basear no seguinte:

A seleção é feita de acordo com o tipo de painel:
Em painéis de distribuição fixos internos, como os de 10 kV, esse tipo de disjuntor ZN28 é o mais aplicável, pois possui propriedades para operações elétricas e manuais por meio de um mecanismo de mola.
No painel de distribuição interno do tipo abertura móvel, como o tipo KYN com um mecanismo de operação integrado à mola, o disjuntor do tipo VS1 pode ser escolhido.
Seleção da corrente nominal: A corrente nominal normal será de 630A, 1000A, 1250A, 1600A, etc. Ela deve ser selecionada de acordo com o cálculo da corrente de carga.
Por exemplo, um transformador de 2000kVA com corrente nominal de 115,5A selecionaria um disjuntor de 630A como:.
Calibração da corrente de interrupção A corrente de interrupção nominal do disjuntor deve ser maior do que o valor de pico da corrente de curto-circuito no local de instalação.
Por exemplo, quando a corrente máxima de curto-circuito é de 26kA, a seguinte especificação pode ser selecionada: o disjuntor cuja corrente de abertura é de 31,5kA.
Outras variáveis de calibração são o espaçamento relativo das fases, parâmetros dependentes da instalação, condições de intertravamento, presença de uma bobina de sobrecorrente ou bobina de perda de tensão, entre outras, para compatibilidade do sistema.

Princípio de operação dos disjuntores a vácuo de alta tensão

Os disjuntores a vácuo de alta tensão são equipamentos de comutação projetados para sistemas de energia de alta tensão, utilizando o vácuo como meio de isolamento e extinção de arco, e são caracterizados pelo tamanho pequeno, peso leve e manutenção simples.

Componentes dos disjuntores a vácuo

Os componentes importantes de um disjuntor a vácuo incluem tirantes, conexões flexíveis, terminais, indicadores de vácuo, alavancas de operação, cames de travamento e molas do disjuntor.

Os principais componentes de um disjuntor a vácuo incluem:

Frasco a vácuoComponente central: o componente central, usado para isolamento e resfriamento de arco, geralmente feito de cerâmica ou vidro, capaz de suportar alta temperatura e alta pressão.
Contatos: as principais peças de conexão elétrica, geralmente feitas de material de cobre, com boa condutividade elétrica e resistência ao desgaste.
Contatos fixos: contatos fixos localizados no corpo da garrafa térmica para garantir a estabilidade e a segurança do circuito.
Mola: a principal fonte de força usada para empurrar a separação da garrafa térmica e o contato móvel.
Alavanca de operação: o dispositivo que controla o estado de comutação do disjuntor a vácuo, que pode ser acionado manualmente ou por motor elétrico.
Haste condutora: o componente elétrico que conecta a fonte de alimentação externa aos contatos internos do disjuntor a vácuo.
Mecanismo de liberação: Mecanismo que garante a abertura rápida do disjuntor a vácuo em condições anormais.

Interruptor a vácuo: o componente principal, o ambiente interno de alto vácuo.
Mecanismo de operação: controle a abertura e o fechamento do disjuntor.
Peças de suporte de isolamento: suportam as peças e fornecem isolamento.
Conectores condutores: conectam as várias partes do circuito.
Carcaça: protege os componentes internos do ambiente externo.

Mecanismo operacional

A câmara do interruptor a vácuo é normalmente mantida em um alto vácuo abaixo de 10^-4 Pa, um ambiente que impede efetivamente o fluxo de corrente. Quando o circuito precisa ser desconectado, os contatos móveis e estáticos se separam rapidamente, e o arco se extingue rapidamente devido à falta de suporte de gás, completando assim a desconexão.

O mecanismo de operação é responsável por abrir e fechar o disjuntor e, normalmente, contém um dispositivo de armazenamento de energia com mola que aciona os contatos para separá-los ao liberar a energia armazenada. O mecanismo pode ser controlado manual ou remotamente.

Manutenção e aplicativos

A manutenção de disjuntores a vácuo de alta tensão é relativamente simples e consiste principalmente em inspeções regulares da aparência, do vácuo e do desgaste dos contatos. Eles são amplamente usados em subestações, distribuição de energia industrial e redes urbanas para garantir a operação segura e confiável de sistemas de energia de alta tensão.

Conclusão

Os disjuntores a vácuo de alta tensão são amplamente utilizados em sistemas de energia de alta tensão devido à sua alta confiabilidade, longa vida útil e manutenção simples. No futuro, com o progresso da ciência e da tecnologia e o desenvolvimento da rede inteligente, os disjuntores a vácuo desempenharão um papel cada vez mais importante no gerenciamento eficiente de energia e no desenvolvimento sustentável.