Interruttori automatici per generatori (GCB) rispetto agli interruttori ad alta tensione convenzionali: le differenze chiave

1. Interruzione delle correnti di cortocircuito a "passaggio ritardato per lo zero"

• Interruttori di circuito convenzionali： estinguono l'arco al passaggio naturale per lo zero della corrente. In una tipica rete di distribuzione, la componente in corrente continua della corrente di cortocircuito decade rapidamente, pertanto il passaggio per lo zero della corrente avviene quasi immediatamente e l'interruzione è semplice.
• Interruttori di circuito per generatori： si trovano ad affrontare una situazione molto diversa. Con il rapporto X/R estremamente elevato del circuito del generatore, la componente in corrente continua decade molto lentamente, il che può spostare il passaggio per lo zero molto in avanti nel tempo — una condizione nota come "passaggio ritardato per lo zero". Secondo lo standard IEC/IEEE 62271-37-013, il GCB deve essere in grado di interrompere correnti che trasportano una percentuale molto elevata di componente in corrente continua. Lo fa generando un'elevata tensione d'arco quando i contatti si separano, forzando la corrente a zero affinché il guasto possa essere eliminato in sicurezza.

2. Velocità di salita della tensione di recupero transitorio (TRV)

• Interruttori di circuito convenzionali： riscontrano una salita della TRV relativamente dolce per i guasti ai morsetti alla separazione dei contatti, pertanto le prestazioni di recupero dielettrico richieste sono modeste.
• Interruttori di circuito per generatori： riscontrano una salita della TRV estremamente rapida con un ritardo temporale molto ridotto nei guasti lato generatore. Per resistere a ciò, un GCB necessita di una velocità di recupero dielettrico ben superiore a quella offerta da un interruttore di distribuzione della stessa classe.

3. Livello di isolamento e capacità di tenuta

• Interruttori di circuito convenzionali ：sono isolati principalmente contro le normali variazioni di tensione della rete.
• Interruttori di circuito per generatori： devono far fronte a rapide variazioni di tensione quando il generatore viene disconnesso, il che può imporre sovratensioni transitorie molto elevate sull'interruttore. I GCB sono pertanto costruiti con livelli di isolamento significativamente più elevati e una capacità di tenuta agli impulsi di fulmine superiore rispetto agli interruttori di distribuzione di caratteristiche nominali comparabili.

4. Apertura e chiusura fuori fase

• Interruttori di circuito convenzionali ：di solito non hanno requisiti obbligatori di apertura fuori fase, o ne hanno solo uno lieve.

• Interruttori di circuito per generatori ：devono offrire una robusta apertura fuori fase. Se il generatore e la rete sono fuori sincronismo — con tensione e frequenza non corrispondenti — lo spazio di interruzione è sollecitato da una tensione estremamente elevata. I GCB sono pertanto specificati per correnti di apertura fuori fase molto più elevate rispetto agli interruttori convenzionali, con una componente in corrente continua ammissibile più elevata anche nella corrente asimmetrica.

5. Corrente nominale e potere di interruzione

• Interruttori di circuito convenzionali： sono costruiti per correnti nominali modeste.
• Interruttori di circuito per generatori： sono progettati per correnti elevate. La loro corrente nominale di servizio continuo e la corrente di interruzione in cortocircuito superano di gran lunga quelle degli interruttori di circuito di distribuzione, poiché devono gestire il servizio estremo di grandi unità di generazione.

6. Costruzione e meccanismo di azionamento

• Interruttori di circuito convenzionali：specialmente a tensioni più elevate, dove la spaziatura tra le fasi è ampia, sono spesso costruiti come dispositivi ad azionamento unipolare, il che comporta il rischio di un azionamento non simultaneo delle fasi.
• Gli interruttori di circuito per generatori sono tipicamente dotati di un meccanismo di azionamento trifase meccanicamente interbloccato per garantire un funzionamento sincrono. Ciò previene la corrente a sequenza negativa che un funzionamento non simultaneo produrrebbe nello statore del generatore, che altrimenti potrebbe danneggiare il rotore. I GCB moderni tendono inoltre a integrare l'interruttore di circuito, il sezionatore, il sezionatore di terra e i trasformatori di misura in un unico gruppo compatto.

Riepilogo

Un GCB non è semplicemente un interruttore ad alta tensione convenzionale inserito nel circuito del generatore; è una protezione per usi speciali progettata per le esigenze uniche dei sistemi generatori. L'interruttore convenzionale opera in una rete di distribuzione dove la componente CC decade rapidamente e l'impedenza di sistema rimane relativamente stabile, mentre il GCB deve gestire correnti con attraversamento dello zero ritardato dovute a rapporti X/R elevati, un TRV estremamente ripido, impegnativi servizi fuori fase e valori di corrente molto elevati.

Aggiungete il meccanismo di interblocco trifase e avrete un progetto che elimina il rischio di danni al rotore causato dal funzionamento non simultaneo. Gli interruttori di distribuzione semplicemente non sono in grado di resistere allo stress elettrico all'uscita del generatore: solo un GCB può eliminare questi guasti in millisecondi e fornire la protezione da cui dipendono le grandi unità di generazione e i loro trasformatori elevatori.

Modificato da: Garca