Como no existe tal medio de comunicación, el arco en el vacíointerruptor de circuito… difiere de la general arco en el disyuntor. En el arco de vacío los electrones, iones y átomos se derivan todos de los electrodos mismos. El vacío absoluto no es prácticamente posible de crear, por lo que hay algunos gases en la práctica cámara de vacío, pero la presión del gas aquí es tan baja que no tiene ningún papel significativo en el proceso de conducción durante arc. En este sentido el arco de vacío es por lo tanto realmente una descarga de vapor de metal. El arco de vacío se puede dividir en dos regiones principales, la región del cátodo y la región del plasma.
Región catódica del plasma de arco
El vapor necesario para sostener el arco de vacío proviene principalmente de los puntos catódicos. Cada punto lleva una corriente media, dependiente del material del cátodo, que es de unos 100 A para el cobre. La densidad de corriente en los puntos se estima en 1010 – 1011 A/m2dependiendo del material del cátodo. Las manchas catódicas se mueven en la superficie del cátodo. A mayor altura actual el número de manchas de cátodos aumenta debido a la repulsión el movimiento de las manchas paralelas y sus movimientos se vuelven más aleatorios. Siempre que los contactos portadores de corriente se abren en un interruptor de circuito……las manchas catódicas se forman dependiendo de la corriente que fluye a través de los contactos. Con una corriente alta se forman múltiples puntos catódicos que constituyen la principal fuente de vapor para el arco en el vacío …un disyuntor de circuito. La superficie del cátodo normalmente no es perfectamente lisa y puede tener muchas micro proyecciones en la superficie.
Cuando los contactos portadores de corriente se separan en un interruptor de circuito de vacío la corriente que fluye en el circuito se concentrará en esas proyecciones, ya que forman el último punto de contacto. Debido a su pequeña área de contacto, las proyecciones se calientan lo suficiente, y sufren una evaporación explosiva y suministran el vapor para la formación del arco en el interruptor de vacío.
El vapor que tiene una alta densidad en el punto del cátodo se expande en el vacío y quizás a una distancia de 10 mm del cátodo. El electrón, al atravesar la brecha entre los electrodos experimenta una condición de alta presión cerca del cátodo donde el promedio de camino libre es bastante menor que el de baja presión en el plasma donde está en el orden de 10 mm. Con corrientes bajas, el Caída de tensión en la región del plasma de corriente baja es insignificante. El gradiente de tensión es inferior a 0,01 V/mm. Con una corriente alta, el gradiente puede aumentar hasta unos pocos V/mm.
Estabilidad del Arco de Vacío
La corriente de frecuencia de energía pasa a través de los contactos en interruptor de circuito……cruza el punto cero actual 100 veces en un segundo. Siempre es deseable interrumpir la corriente durante su paso por el valor cero, de lo contrario se producirá un efecto de corte de corriente que puede provocar la conmutación voltaje en el sistema. Por lo tanto, es necesario interrumpir la arc mientras se mantenga estable durante un medio ciclo de duración, en particular debería seguir existiendo cuando la corriente se aproxime a cero.
La estabilidad del arco en interruptor de circuito de vacío depende de los materiales de contacto, la presión del vapor metálico y los parámetros del circuito como el voltaje, la corriente, inductor y capacitancia. Se observa que una mayor presión de vapor a baja temperatura es una mejor estabilidad de arc. Algunos metales como el Zn, Bi también muestran la mejor estabilidad del arco de vacío. Como la presión de vapor, la conductividad térmica del material de contacto es también un factor importante en la estabilidad del vacío arco en el disyuntor. Si el metal de contacto es un buen conductor de calor, la temperatura de la superficie de contacto caerá a un ritmo más rápido; así, el vapor de metal se condensará rápidamente, por lo que, debido a la falta de vapor, el arco de vacío se interrumpirá. Pero si el metal usado para los contactos del interruptor es un mal conductor del calor, el vapor de metal no se condensará rápidamente y el arco continúa, por lo que el arco de vacío en el interruptor se vuelve estable. Para que la interrupción de la corriente sea exitosa y segura en interruptor de circuito de vacíose requiere tanto la extinción del arco en el momento adecuado como el arco estable. Se observa que el metal que tiene un alto punto de ebullición y fusión da un bajo vapor a alta temperatura, pero al mismo tiempo, se convierte en un mal conductor. Nuevamente el metal que tiene bajo punto de fusión y ebullición da más vapor a alta temperatura y al mismo tiempo se convierte en un buen conductor. Por lo tanto, para combinar estas propiedades contradictorias en un solo material, hay que hacer aleaciones de dos o más metales o un metal y un no metal. Algunos ejemplos de aleaciones utilizadas como materiales para hacer contactos de interruptores de vacío son cobre-bismuto, plata-plomo, cobre-plomo, etc.
Extinción del Arco de Vacío
El éxito de la interrupción de la corriente por un arco de vacío depende de la rapidez con que el vapor de metal se condense en el ánodo y el escudo cerca de la corriente cero. En el cruce de la corriente cero, el número de puntos catódicos se reduce a muy pocos a medida que la corriente cae y finalmente se convierte en cero en la corriente cero exacta. La densidad del vapor de metal también se reduce mucho porque durante esta corriente cero el máximo vapor de metal se condensa en el ánodo y el escudo. La densidad del vapor de metal se vuelve tan baja en todo el hueco durante el cruce de cero que el hueco se convierte sustancialmente en un aislante que impide la reionización del vacío arco en el disyuntor después del cero actual.
