Negli interruttori in SF6 a serbatoio metallico per l'intervallo di tensione da 40,5 kV–252 kV, i meccanismi di azionamento a pura molla sono diventati la soluzione assolutamente predominante. Ciò non è dovuto all'aumento dell'energia in uscita del meccanismo a molla, ma ai progressi rivoluzionari nella tecnologia di estinzione dell'arco che hanno ridotto significativamente il fabbisogno di energia di azionamento, evidenziando così i sostanziali vantaggi del meccanismo a molla in termini di affidabilità e funzionamento esente da manutenzione.
Le ragioni possono essere analizzate da tre dimensioni: "prerequisito tecnico", "vantaggi intrinseci del meccanismo a molla" e "compatibilità strutturale".
1. Prerequisito tecnico: la tecnologia di estinzione dell'arco ad auto-soffiaggio riduce significativamente l'"energia di azionamento"
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Estinzione dell'arco a soffio precoce (elevato fabbisogno di energia di azionamento): I primi interruttori in SF6 utilizzavano prevalentemente il principio di estinzione dell'arco a "soffio". Durante l'apertura, il meccanismo di azionamento doveva esercitare un'enorme forza meccanica per comprimere forzatamente il gas SF6, generando un flusso di gas ad alta pressione per estinguere l'arco. Questo approccio richiedeva un'energia di azionamento estremamente elevata. A livelli di tensione più alti, l'energia in uscita dei meccanismi a molla era semplicemente insufficiente, rendendo necessario l'uso di complessi meccanismi idraulici o pneumatici ad alta potenza.
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Estinzione dell'arco ad auto-soffiaggio moderna (energia di azionamento drasticamente ridotta): I moderni interruttori in SF6 da 40,5 kV–252 kV hanno adottato completamente la tecnologia di estinzione dell'arco ad "auto-soffiaggio (espansione termica + soffio ausiliario)". Questa sfrutta in modo ingegnoso il calore sostanziale generato dall'arco di cortocircuito stesso per causare una rapida espansione termica e un aumento di pressione nel gas SF6, "soffiandosi via" efficacemente da solo. Di conseguenza, il meccanismo di azionamento deve fornire solo un'energia minima (principalmente per superare l'attrito meccanico, la forza della molla di apertura e il leggero sforzo del soffio ausiliario). L'energia di azionamento è significativamente ridotta (con alcuni progetti che raggiungono riduzioni del 40%–50%), rientrando precisamente nell'intervallo di energia in uscita maturo dei meccanismi a pura molla.
Fotografia dell'interruttore in SF₆ a serbatoio metallico RHD-170
2. Vantaggi intrinseci dei meccanismi di azionamento a pura molla
Una volta che l'energia di azionamento non è più il collo di bottiglia, i vantaggi dei meccanismi a pura molla diventano schiacciantemente evidenti:
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Nessun rischio di perdite, affidabilità estremamente elevata: I meccanismi idraulici sono soggetti a perdite d'olio, grippaggio delle valvole idrauliche e perdita di pressione a causa di trafilamenti. I meccanismi pneumatici sono suscettibili a perdite di gas e guasti al compressore d'aria. I meccanismi a pura molla, essendo trasmissioni puramente meccaniche (ingranaggi, camme, cinematismi, molle), non presentano problemi di perdite di fluidi ad alta pressione, riducendo significativamente la probabilità di mancata manovra e manovre errate.
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Eccellente adattabilità ambientale: La viscosità dell'olio idraulico nei meccanismi idraulici aumenta sostanzialmente in ambienti estremamente freddi, causando un funzionamento lento o persino il mancato intervento. I meccanismi pneumatici sono soggetti a guasti a causa della condensa e della formazione di ghiaccio nelle linee del gas. Le prestazioni meccaniche dei meccanismi a pura molla sono praticamente inalterate dalla temperatura ambiente, rendendoli particolarmente adatti per ambienti esterni ostili.
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Praticamente "esenti da manutenzione": I meccanismi a molla hanno strutture relativamente semplici con un numero minore di componenti. A parte la lubrificazione meccanica periodica, non richiedono controlli frequenti dei livelli dell'olio, della pressione dell'olio o dello stato di funzionamento della pompa come avviene per i meccanismi idraulici/pneumatici, risultando in costi di manutenzione del ciclo di vita estremamente bassi.
Fotografia dell'interruttore in SF₆ a serbatoio metallico RHD-252
3. Abbinamento perfetto con la struttura "a serbatoio metallico da 40,5 kV–252 kV"
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Soglia di tensione: Nell'intervallo da 40,5 kV a 252 kV, le distanze di contatto e la massa in movimento sono moderate. Le moderne molle ad energia immagazzinata e i materiali in lega ad alta resistenza soddisfano pienamente i requisiti di velocità per le operazioni di apertura e chiusura. (Nota: per gli interruttori UHV da 500 kV o 800 kV, a causa dei molteplici poli di interruzione, della corsa più lunga e delle parti in movimento estremamente pesanti, una parte considerevole utilizza ancora meccanismi idraulici o meccanismi a molla con assistenza idraulica.)
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Requisiti di integrazione degli interruttori a serbatoio metallico: I contatti degli interruttori a serbatoio metallico sono racchiusi all'interno di un serbatoio metallico messo a terra, caratterizzato da un baricentro basso e una struttura altamente compatta. I meccanismi a molla sono di dimensioni compatte e sono tipicamente montati direttamente a un'estremità del serbatoio. Tramite un semplice albero principale rotante, si ottiene facilmente l'accoppiamento meccanico trifase (involucro comune trifase o manovra trifase accoppiata), con componenti di trasmissione minimi e alta efficienza meccanica, riducendo ulteriormente l'ingombro complessivo dell'apparecchiatura.
Conclusione
La diffusa adozione di meccanismi di azionamento a pura molla negli interruttori in SF6 a serbatoio metallico da 40,5 kV–252 kV è il risultato della convergenza tra la "riduzione dell'energia fisica tramite interruttori ad auto-soffiaggio" e l'"elevata affidabilità delle strutture puramente meccaniche". Raggiunge l'interruzione più stabile del sistema elettrico con il costo meccanico minimo, rappresentando la direzione di progettazione più matura ed economica per le apparecchiature di commutazione di media e alta tensione oggi.
Gli interruttori a tank morto SF6 Rockwill della serie RHD esemplificano questa filosofia progettuale. Questa serie racchiude completamente tutte le parti in tensione all'interno di un serbatoio metallico messo a terra e riempito di SF6, consentendo un rapido spegnimento dell'arco e un'interruzione efficiente della corrente di guasto per salvaguardare in modo completo l'esercizio della rete. Il design a baricentro basso offre un'eccellente resistenza sismica, fronteggiando in modo affidabile climi estremi e altre condizioni avverse. L'apparecchiatura integra boccoli e trasformatori di corrente, supportando funzioni di controllo multifunzionali come misurazione e protezione. Viene ampiamente impiegata in scenari di distribuzione a media e alta tensione nei settori dell'energia, della metallurgia, dei trasporti e in altri settori industriali.
A cura di: Garca
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