Vakuumbrytare är en högspänningsbrytare där vakuum fungerar som ett medium för att släcka en ljusbåge . Vakuumbrytaren är konstruerad för att koppla (på-av-drift) av märkström och kortslutningsströmmar (SC) i elektriska installationer .
Den första utvecklingen av vakuumbrytare startade på 30-talet av XX-talet, de nuvarande modellerna kunde skära av små strömmar vid spänningar upp till 40 kV. Tillräckligt kraftfulla vakuumbrytare skapades inte under dessa år på grund av ofullkomligheten i tekniken för tillverkning av vakuumutrustning och framför allt på grund av de tekniska svårigheter som uppstod vid den tiden med att upprätthålla ett djupt vakuum i en förseglad kammare.
Ett omfattande forskningsprogram behövde genomföras för att skapa tillförlitliga arbetsrännor för vakuumbågar som kunde bryta höga strömmar vid hög spänning i det elektriska nätet. Under dessa arbeten, ungefär 1957, identifierades och förklarades de huvudsakliga fysiska processerna som inträffade under ljusbågsbränning i vakuum.
Övergången från enstaka prototyper av vakuumbrytare till deras seriella industriella produktion tog ytterligare två decennier, eftersom det krävde ytterligare intensiv forskning och utveckling som särskilt syftade till att hitta ett effektivt sätt att förhindra farliga kopplingsöverspänningar som uppstod på grund av för tidigt avbrott i ström före dess naturliga nollkorsning, för att lösa komplexa problem relaterade till spänningsfördelning och förorening av de inre ytorna på isolerande delar med metallångor avsatta på dem, skärmningsproblem och skapandet av nya mycket pålitliga bälgar , etc.
För närvarande har den industriella produktionen av mycket tillförlitliga höghastighetsvakuumbrytare som kan bryta höga strömmar i mellan- (6, 10, 35 kV) och högspänningsnätverk (upp till 220 kV inklusive) lanserats i världen.
Eftersom en förtärnad gas (10 −6 ... 10 −8 N/cm²) har en elektrisk styrka tiotals gånger större än styrkan hos en gas vid atmosfärstryck, används denna egenskap i stor utsträckning i högspänningsomkopplare: i dem, vid öppning av kontakter i vakuum, omedelbart efter den första passageströmmen i bågen genom noll, återställs isoleringen, och bågen antänds inte igen. I ögonblicket för att öppna kontakter i vakuumgapet initierar den omkopplade strömmen förekomsten av en elektrisk urladdning - en vakuumbåge, vars existens upprätthålls av att metallen avdunstar från kontakternas yta in i vakuumgapet. Plasman som bildas av joniserad metallånga leder en elektrisk ström, så strömmen flyter mellan kontakterna tills den passerar noll. I det ögonblick när strömmen passerar genom noll, slocknar ljusbågen och den återstående metallångan omedelbart (på 7–10 mikrosekunder) kondenserar på kontaktytorna och på andra delar av ljusbågssläckningskammaren, vilket återställer den elektriska styrkan hos vakuumet glipa. Samtidigt återställs spänningen på de frånkopplade kontakterna (se illustration av frånkopplingsprocessen).