Propiedades dieléctricas del vacío
En principio, el vacío es un medio dieléctrico ideal: no hay material y por tanto no hay conducción eléctrica. Sin embargo, el vacío nunca es perfecto y desde luego tiene un límite de resistencia dieléctrica.
A pesar de todo, el «vacío» real tiene unas características espectaculares: a la presión de 10-6 bar, la rigidez dieléctrica en campo homogéneo puede alcanzar una tensión de cresta 200 kV para una distancia interelectrodos de 12 mm.
El mecanismo que hay en el origen de la ruptura dieléctrica en el vacío está vinculado a los fenómenos de emisión electrónica fría, sin efecto de avalancha por ionización. Este es el motivo por el que su resistencia dieléctrica no depende prácticamente más que de la presión cuando ésta es inferior al 10-6 bar. Esta rigidez dieléctrica depende entonces de la naturaleza de los materiales, de la forma de los electrodos (en particular de la presencia de asperezas) y de la
distancia interelectrodos. La forma de la curva que da la tensión de perforación en función de la distancia intercontactos (figura 21) muestra por qué el campo de aplicación del vacío permanece limitado en tensión. En efecto, las distancias
necesarias para la resistencia dieléctrica aumentan muy rápidamente cuando la tensión sobrepasa de 30 a 50 kV lo que conlleva costos prohibitivos con relación a las otras tecnologías. Además está la emisión de rayos X cuando la tensión se eleva.

El mecanismo de corte en el vacío
El corte en el vacío es muy particular en razón de las características muy específicas del arco en el vacío.
- El arco eléctrico en el vacío
El arco se compone de vapores metálicos y de electrones que provienen de los electrodos de manera distinta a las otras técnicas de corte mencionadas anteriormente en las cuales esta columna se compone principalmente por el gas
intercontactos ionizado por colisiones. El arco puede tener dos aspectos concentrado o difuso, según la intensidad de corriente que lo atraviesa.

CONSTRUSUR

- Para valores elevados de intensidad (mayor o igual que 10000 A) el arco es único y concentrado como en los fluidos tradicionales (figura 26a) las manchas catódicas y anódicas de varios milímetros cuadrados alcanzan temperaturas muy elevadas. Una fina capa del material de contacto se vaporiza y el arco se desarrolla en una atmósfera de vapores metálicos que ocupan todo el espacio. Cuando la intensidad decrece, estos vapores se condensan sobre los mismos electrodos o sobre las pantallas metálicas dispuestas al efecto. En este régimen, la tensión de arco puede alcanzar 200 V.

- Para valores de corriente inferiores a algunos miles de amperios, este arco se encuentra en forma difusa. Se compone de varios arcos separados unos de los otros, de forma cónica cuyo vértice está en el cátodo (figura 26b). Sus raíces catódicas, llamadas manchas, tienen una superficie muy pequeña (10-5 cm2) y la densidad de corriente es muy elevada (105 a 107 A/cm2). Las temperaturas locales muy altas (3000 K) implican una emisión combinada
termoelectrónica/efecto de campo muy intensa para una evaporación del material de contacto moderada. La corriente entonces es Los iones metálicos positivos producidos en el cátodo tienen una energía cinética tal (entre 30 y 50 eV) que pueden ocupar todo el espacio hasta el ánodo. Así neutralizan las cargas de espacios intercontactos, de lo que resulta un pequeño gradiente de potencial y una baja tensión de arco (como máximo 80 V).

- Paso por el cero de corriente
En régimen de arco difuso directo o, si es a continuación de un arco único y concentrado, después del suficiente tiempo para que los vapores metálicos hayan podido condensarse, el corte se realiza con facilidad en el cero de corriente.
En efecto al aproximarse a cero, el número de puntos de arco disminuye hasta que el último desaparece cuando la energía aportada por el arco es insuficiente para mantener una temperatura de pie de arco suficientemente elevada. La extinción brutal del último punto es el origen de los fenómenos de arranque que se
producen con frecuencia al aplicar esta tecnología.
Hay que darse cuenta de que, al invertir la tensión, el ánodo se convierte en cátodo, pero está frío y no puede emitir electrones, lo que significa una constante de tiempo de desionización excesivamente pequeña. En consecuencia, los aparatos de vacío pueden cortar las corrientes con crecimientos del TTR
muy rápidos y también las corrientes de alta frecuencia.
Para las intensidades elevadas, a cero de intensidad todavía puede quedar un plasma de arco y el corte no resulta seguro. Esencialmente pues, la densidad de vapor metálico residual es la que determina el PdC.

- Fenómenos de reencendido y de disparo indeseado
Estos fenómenos se producen cuando los contactos liberan demasiados vapores
metálicos. Se considera que si la densidad de vapor después del cero de corriente sobrepasa 1022/m3, la probabilidad de corte es casi nula.
De forma general, estos fenómenos son poco reproducibles y difíciles de modelizar. Se necesitan numerosos ensayos para validar los diseños. En particular, se pueden observar fallos dieléctricos tardíos posteriores al corte,
posiblemente fugaces, relacionados con la presencia de partículas o condensaciones de metal.

Las distintas tecnologías de corte en vacío

Todos los constructores se encuentran frente a las mismas exigencias:
- reducir el fenómeno de arranque de corriente para limitar las sobretensiones,
- evitar la erosión precoz de los contactos para obtener una durabilidad mecánica elevada,
- retrasar la aparición del régimen de arco concentrado para aumentar el PdC,
- limitar la producción de vapores metálicos para evitar los disparos indeseados,
- conservar el vacío, indispensable para mantener las características de corte durante la vida del aparato.
Sus soluciones se orientan principalmente en dos direcciones: el control del arco por un campo magnético y la composición de los materiales de los contactos.

- Elección del campo magnético
Se emplean dos tipos de campos magnéticos: radial y axial.

- La tecnología del campo magnético radial (figura 27)
El campo está creado por la corriente que circula entre los electrodos previstos a este efecto. En caso del arco concentrado los puntos de arranque del arco se desplazan con un movimiento circular, el calor se reparte uniformemente lo que limita su erosión y la densidad de los vapores metálicos. Cuando el arco es difuso, los puntos de arranque se desplazan libremente sobre la superficie del cátodo como si fuera un disco sólido.
Las formas de los electrodos bastante complejas que esta tecnología exige, hacen más difícil la rigidez dieléctrica entre electrodos.