Quando un interruttore a vuoto interrompe un banco di condensatori, la corrente del condensatore è in anticipo di 90° rispetto alla tensione, pertanto i contatti estinguono tipicamente l'arco allo zero della corrente. In questo momento, il condensatore mantiene una tensione continua vicina al valore di picco del sistema. Man mano che la tensione di sistema continua a variare, la tensione di ripristino ai capi dei contatti dell'interruttore aumenta rapidamente. Se la velocità di recupero dielettrico dell'intercapedine dei contatti non riesce a tenere il passo con il tasso di aumento della tensione di ripristino, l'intercapedine subirà nuovamente una scarica e riaccenderà un arco: questa è la "riaccensione".
| Pericolo | Descrizione |
|---|---|
| Sovratensione ad alta ampiezza | Ogni reinnesco sovrappone un picco di tensione al condensatore; i reinneschi ripetuti possono portare la sovratensione fino a 3 volte la tensione nominale del sistema o superiore |
| Danni all'isolamento delle apparecchiature | Una sovratensione così elevata può perforare l'isolamento degli elementi interni dei condensatori, degli scaricatori di sovratensione e persino dei trasformatori, causando danni permanenti |
| Incidenti di sistema | Una sovratensione grave può causare il malfunzionamento o il mancato intervento delle protezioni, espandendo l'ambito del guasto e influenzando la stabilità della rete |
L'interruttore a vuoto immerso in olio sopprime efficacemente il reinnesco attraverso l'azione sinergica dei seguenti aspetti:
Questa è la prima linea di difesa contro il reinnesco. Il vuoto possiede una resistenza dielettrica estremamente elevata e una velocità di recupero dielettrico estremamente rapida. Dopo l'estinzione dell'arco allo zero della corrente, il vapore metallico all'interno dell'interruttore a vuoto si diffonde rapidamente e condensa sullo schermo, consentendo allo spazio tra i contatti di recuperare un livello di isolamento molto elevato nel giro di microsecondi. Questa rapida capacità di recupero consente all'interruttore di "superare" la tensione di recupero in aumento, evitando così il reinnesco.
La struttura immersa in olio fornisce protezione aggiuntiva e funzioni ausiliarie per l'interruttore a vuoto:
| Funzione | Descrizione |
|---|---|
| Raffreddamento dei contatti | L'olio isolante assorbe efficacemente l'energia dell'arco e il calore dei contatti, abbassando la temperatura della superficie dei contatti e riducendo la generazione di vapore metallico ad alte temperature, diminuendo così la probabilità di reinnesco causata da un'eccessiva concentrazione di vapore metallico dopo l'estinzione dell'arco |
| Isolamento esterno migliorato | L'olio funge da mezzo isolante principale, garantendo il funzionamento sicuro dell'interruttore ad alta tensione e prevenendo le scariche di superficie esterne |
| Effetto di smorzamento | La viscosità dell'olio fornisce smorzamento per il movimento dei contatti, migliorando la stabilità della velocità di apertura e riducendo il rimbalzo dei contatti causato dalle vibrazioni meccaniche — un principale fattore scatenante del reinnesco |
I moderni interruttori a vuoto immersi in olio adottano materiali per i contatti appositamente ottimizzati per l'interruzione di correnti capacitive (come le leghe rame-cromo), che presentano una bassa corrente di troncamento, un'elevata resistenza all'erosione e buone prestazioni anti-saldatura. Inoltre, le progettazioni della struttura dei contatti (come i contatti a campo magnetico assiale o trasversale) controllano efficacemente la forma dell'arco, impedendo all'arco di concentrarsi localmente sulla superficie del contatto, riducendo così la formazione di punti caldi e abbassando ulteriormente il rischio di riaccensioni.
La velocità di apertura e la sincronizzazione trifase dell'interruttore sono fondamentali per la soppressione delle riaccensioni. Gli interruttori a vuoto immersi in olio sono tipicamente dotati di meccanismi di azionamento a molla o idraulici ad alte prestazioni per garantire una velocità di separazione iniziale sufficientemente elevata durante l'apertura, allungando rapidamente l'arco e accelerando il recupero dielettrico. Nel frattempo, una rigorosa regolazione della sincronizzazione trifase evita squilibri di tensione e spostamenti del punto neutro causati dal funzionamento non simultaneo delle fasi, riducendo i fattori meccanici scatenanti delle riaccensioni.
| Difesa | Contributo chiave |
|---|---|
| Recupero dielettrico dell'interruttore nel vuoto | Recupero ultra-rapido che supera l'aumento della tensione di recupero; prima linea di difesa |
| Ambiente immerso in olio | Raffreddamento, isolamento esterno migliorato e smorzamento contro il rimbalzo dei contatti |
| Materiale e struttura dei contatti | Bassa corrente di troncamento, anti-saldatura e controllo dell'arco mediante campo magnetico |
| Controllo delle caratteristiche meccaniche | Elevata velocità di apertura e rigorosa sincronizzazione trifase |
Sebbene la soppressione del reinnesco sia la chiave del processo di apertura, anche la corrente di inserzione non può essere ignorata. L'enorme corrente di inserzione non solo influisce sul condensatore, ma può anche causare la saldatura dei contatti dell'interruttore. Nelle applicazioni pratiche, gli interruttori a vuoto immersi in olio incorporano spesso le seguenti misure:
| Misura | Descrizione |
|---|---|
| Reattore limitatore di corrente in serie | Il metodo più comune ed efficace; aumenta l'induttanza del circuito per limitare l'ampiezza e la frequenza della corrente di inserzione |
| Tecnologia di chiusura in selezione di fase | Utilizza un controller intelligente per chiudere con precisione l'interruttore allo zero della tensione o a un angolo di fase specifico, eliminando fondamentalmente o riducendo notevolmente la corrente di inserzione |
| Resistore di pre-carica | Nelle applicazioni speciali, pre-carica il condensatore attraverso un resistore prima di chiudere l'interruttore principale una volta che la tensione è bilanciata |
Attraverso il meccanismo quattro-in-uno di "rapido recupero dielettrico nell'interruttore a vuoto + raffreddamento e isolamento mediante l'ambiente immerso in olio + materiale e struttura dei contatti ottimizzati + controllo meccanico di precisione", l'interruttore a vuoto immerso in olio costruisce una solida linea di difesa contro il reinnesco durante la manovra dei condensatori. Non solo risolve il difetto intrinseco degli interruttori a vuoto di essere soggetti a reinneschi durante l'interruzione di corrente capacitiva, ma combina anche i vantaggi delle apparecchiature immerse in olio — funzionamento affidabile e bassa manutenzione — rendendolo la scelta ideale per la manovra di banchi di condensatori in derivazione ad alta tensione. Comprendere correttamente il suo principio di funzionamento è di grande importanza per la pianificazione, la progettazione, la selezione delle apparecchiature e il funzionamento e la manutenzione in sicurezza del sistema elettrico.
A cura di: Garca
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