Máy cắt chân không – VCB là máy cắt có bộ phận dập hồ quang bằng chân không. Ở loại máy cắt này, tiếp điểm tĩnh và động được gắn trong buồng chân không được bịt kín hoàn toàn. Hồ quang được dập tắt trong môi trường chân không cao. VCB được sử dụng chủ yếu cho cấp điện áp từ 12kV đến 36kV.
Chân không là môi trường cách điện lý tưởng. Độ bền điện của chân không gấp hơn 30 lần không khí ở điều kiện tiêu chuẩn. Trong chân không mật độ không khí hầu như không có nên khả năng ion hóa trong chân không hầu như không tồn tại nên thời gian cháy của hồ quang bé.
Xét với điện áp < 150kV: đường đồ thị của máy cắt chân không – VCB gần như tuyến tính và nằm cao nhất. Do đó, cùng một cấp điện áp thì khoảng cách phóng điện của VCB nhỏ nhất, tức chân không có độ bền điện lớn nhất.
Xét với điện áp > 150kV: Đường độ thị của máy cắt chân không thoải dần và bão hòa khoảng 250kV. Khi xét tới tiêu chuẩn thí nghiệm điện áp xung 170kV ứng với Udm = 36kV thì điện áp tối ưu của máy cắt chân không – VCB là từ 12kV đến 36kV.
So với cách loại máy cắt khác thì VCB có số lần đóng cắt rất lớn.
VD: VCB với dòng định mức 1250A, số lần đóng cắt tối thiểu là 30.000 lần.
Nguyên lý làm việc của máy cắt chân không – VCB
Trước tiên ta đi tìm hiểu về buồng cắt chân không:
Vỏ cách điện làm bằng vật liệu composit hình trụ. Tiếp điểm tĩnh và động dạng tròn, thường làm bằng kim loại gồm: Crom – đồng, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và dập hồ quang thuận lợi.
Khi xảy ra sự cố (ngắn mạch…) dòng điện tăng cao, role nhận tín hiệu và truyền lệnh để máy cắt cắt. Khi hai tiếp điểm tách rời nhau, hồ quang xuất hiện > nhiệt độ tăng cao. Do quá trình ion hóa, bề mặt tiếp xúc của hai tiếp điểm VCB bị bay hơi tạo nên plasma làm đầy khoảng không ở vùng điện cực.
Mật độ hơi kim loại bay ra từ tiếp điểm phụ thộc vào dòng điện hồ quang. Khi dòng điện giảm tốc độ bay hơi giảm, tại thời điểm dòng điện đi qua không, hơi kim loại mất tính dẫn điện và nhanh chóng khuếch tán ra môi trường xung quanh (do môi trường xung quanh là chân không nên không bị ảnh hưởng bởi các phân tử khí)> độ bền điện ở khoảng không giữa hai tiếp điểm của máy cắt chân không được phục hồi. Cường độ hồi phục trong một vài giây đầu tiên là 1 kV / μs giây đối với dòng hồ quang 100A.
Dòng điện băm hồ quang trong máy cắt chân không – VCB
Dòng điện băm hồ quang là dòng điện mà tại đó hồ quang bị dập tắt trước khi dòng điện bằng không. Do đó, dòng điện băm càng nhỏ thì khả năng phục hồi độ bền điện càng lớn, điều kiện cháy lặp lại của hồ quang càng giảm. Dòng băm hồ quang này được khảo sát chủ yếu trong Vacuum Circuit Breaker (VCB) và Air Blast Circuit Breaker, không có hiện tượng trong máy cắt dầu (Oil Circuit Breaker).
Về cơ bản, trong máy cắt dầu (Oil Circuit Breaker), điều khiển hồ quang tỷ lệ thuận với dòng sự cố hoặc dòng điện bị gián đoạn. Như vậy, trong một máy cắt, năng lượng dập tắt tỷ lệ với dòng điện bị gián đoạn (tức dòng điện về không thì hồ quang mới bị dập tắt). Do đó không thể dập tắt hồ quang trước khi dòng điện đạt trị số không.
Dòng điện băm trong máy cắt chân không - VCB phụ thuộc vào áp suất hơi và đặc tính phát xạ điện tử của vật liệu tiếp xúc. Vật liệu gồm crom – đồng (40% Cr và 60% Cu) thích hợp nhất để cấu thành tiếp tiếp điểm máy cắt chân không. Bởi ở vật liệu này, dòng băm dao động trong quãng (1A đến 5A), thời gian cháy của hồ quang bé hơn 15ms.
Ưu điểm của máy cắt chân không – VCB
Kết cấu của VCB đơn giản, kích thước nhỏ gọn.
Làm việc an toàn ít cháy nổ.
Do VCB dập tắt hồ quang bằng chân không nên không cần bổ sung định kỳ như máy cắt dầu, khí SF6 .nên chi phí bảo hành thấp, không gây ô nhiễm môi trường.
Thời gian cháy của hồ quang nhỏ, phục hồi nhanh chóng độ bền điện.
Trong chân không, tiếp điểm không thể bị oxi hóa, lượng kim loại bị bay hơi ít do đó tiếp điểm máy cắt chân không – VCB có tuổi thọ cao.
Nhược điểm của máy cắt chân không – VCB
Yêu cầu công nghệ cao để sản xuất bộ phận dập hồ quang.
Nếu mất chân không do hư hỏng hoặc do vận chuyển thì bộ phận dập hồ quang của máy cắt không sử dụng được và không thể sửa chữa tại chỗ.
VCB chỉ thích hợp với cấp điện áp từ 35kV trở xuống.
