Tyhjiökatkaisija on suurjännitekatkaisin , jossa tyhjiö toimii väliaineena sähkökaaren sammuttamiseen . Tyhjiökatkaisija on suunniteltu sähköasennuksien nimellis- ja oikosulkuvirtojen (SC) kytkemiseen (on-off-toimintoihin) .
Tyhjiökatkaisijoiden ensimmäinen kehitys aloitettiin 1900-luvun 30-luvulla, nykyiset mallit pystyivät katkaisemaan pieniä virtoja jopa 40 kV jännitteillä. Riittävän tehokkaita tyhjiökatkaisijoita ei näinä vuosina luotu tyhjiölaitteiden valmistustekniikan epätäydellisyyden ja ennen kaikkea teknisten vaikeuksien vuoksi, jotka tuolloin syntyivät syvän tyhjiön ylläpitämisessä suljetussa kammiossa.
Laaja tutkimusohjelma jouduttiin toteuttamaan luotettavien, toimivien tyhjikaarikourujen luomiseksi, jotka pystyivät katkaisemaan suuria virtoja sähköverkon korkealla jännitteellä. Näiden töiden aikana, suunnilleen vuoteen 1957 mennessä, tunnistettiin ja tieteellisesti selitettiin tärkeimmät fysikaaliset prosessit, jotka tapahtuvat kaaripolton aikana tyhjiössä.
Siirtyminen tyhjiökatkaisijoiden yksittäisistä prototyypeistä niiden teolliseen sarjatuotantoon kesti vielä kaksi vuosikymmentä, koska se vaati intensiivistä lisätutkimusta ja -kehitystä, jonka tavoitteena oli erityisesti löytää tehokas tapa estää vaaralliset kytkentäylijännitteet , jotka syntyivät ennenaikaisen katkaisun vuoksi. virta ennen sen luonnollista nollakohtaa, monimutkaisten ongelmien ratkaisemiseen, jotka liittyvät jännitteen jakautumiseen ja eristysosien sisäpintojen saastumiseen niihin kerrostuneilla metallihöyryillä, suojausongelmiin ja uusien erittäin luotettavien palkeiden luomiseen jne.
Tällä hetkellä maailmassa on käynnistetty erittäin luotettavien nopeiden tyhjiökatkaisijoiden teollinen tuotanto, jotka pystyvät katkaisemaan suuria virtoja keski- (6, 10, 35 kV) ja korkeajännitteisissä sähköverkoissa (jopa 220 kV mukaan lukien).
Koska harvinaisen kaasun (10 -6 ... 10 -8 N/cm²) sähkölujuus on kymmeniä kertoja suurempi kuin kaasun lujuus ilmakehän paineessa, tätä ominaisuutta käytetään laajalti suurjännitekytkimissä: avattaessa koskettimet tyhjiössä heti kaaren ensimmäisen kulkuvirran jälkeen nollan läpi eristys palautuu, eikä kaari syty uudelleen. Koskettimien avautumishetkellä tyhjiövälissä kytkeytyvä virta käynnistää sähköpurkauksen - tyhjökaarin, jonka olemassaoloa ylläpitää metallin haihtuminen koskettimien pinnasta tyhjiörakoon. Ionisoidun metallihöyryn muodostama plasma johtaa sähkövirtaa, joten virta kulkee koskettimien välillä, kunnes se kulkee nollan läpi. Sillä hetkellä, kun virta kulkee nollapisteen läpi, kaari sammuu ja jäljelle jäänyt metallihöyry tiivistyy välittömästi (7–10 mikrosekunnissa) kosketuspinnoille ja kaaren sammutuskammion muihin osiin palauttaen alipaineen sähköisen lujuuden. aukko. Samanaikaisesti irrotettuihin koskettimiin syötetty jännite palautuu (katso kuva katkaisuprosessista).