Descrizione dei fenomeni basilari durante il commutazione dell'interruttore nel reticolo elettrico

La terminologia relativa al commutazione degli interruttori può essere compresa considerando un evento reale.
Le figure da 1 a 3 mostrano la traccia di un test di corrente di cortocircuito trifase non collegata (CO) su un interruttore a vuoto (traccia gentilmente concessa da KEMA).
Prendendo in esame ciascuna figura, la terminologia è la seguente:

Sequenza di trip e quantità correlate dell'interruttore

Dalla Figura 1, possiamo osservare la seguente sequenza di eventi in dettaglio:

1.Stato iniziale:

• L'interruttore inizia nella posizione aperta.

• Viene applicato un segnale di chiusura alla bobina di chiusura per avviare l'operazione di chiusura.

2.Processo di chiusura:

Dopo una breve pausa elettrica, il contatto mobile inizia a muoversi (come indicato dalla curva inferiore del grafico di spostamento) e infine entra in contatto con i contatti fissi. Questo momento viene definito come ingaggio o chiusura dei contatti. In pratica, a causa della pre-rottura tra i contatti, la connessione elettrica effettiva può verificarsi leggermente prima del contatto meccanico.

L'intervallo di tempo tra l'applicazione del segnale di chiusura e il momento dell'ingaggio dei contatti è noto come tempo di chiusura meccanico.

3.Stato chiuso e corrente di cortocircuito:

• Una volta chiuso, l'interruttore trasporta la corrente di cortocircuito. Viene quindi applicato un segnale di trip alla bobina di trip, avviando il processo di apertura (o trip) dell'interruttore.

• Dopo una breve pausa elettrica, il contatto mobile inizia a separarsi dai contatti fissi, risultando nella loro separazione meccanica. Questo momento viene definito come partenza, separazione o apertura dei contatti.

• L'intervallo di tempo tra l'applicazione del segnale di trip e il momento della partenza dei contatti è noto come tempo di apertura meccanico.

4.Formazione dell'arco e interruzione della corrente:

• Si forma un arco elettrico tra i contatti mentre si separano. La corrente cerca di interrompersi nei punti di attraversamento zero, prima nella fase b, seguita dalla fase a, e infine con successo nella fase c.

•  La fase c è la prima fase ad ottenere un'interruzione completa, con una durata dell'arco (il tempo tra la partenza dei contatti e l'interruzione della corrente) di circa mezzo ciclo. Il tempo di interruzione (anche chiamato tempo dell'interruttore) per la fase c è la somma del tempo di apertura meccanico e della durata dell'arco.

5.Distribuzione della corrente durante l'interruzione:

• Al momento dell'interruzione della corrente nella fase c, le correnti nelle fasi a e b si spostano di 30°, diventando uguali in magnitudine ma opposte in polarità. La corrente nella fase avanzata (fase a) sperimenta un semiciclo accorciato, mentre la corrente nella fase ritardata (fase b) sperimenta un semiciclo allungato.

• Il tempo totale di sgombro è la somma del tempo di apertura meccanico e della massima durata dell'arco osservata in entrambe le fasi a o b.

Quantità correlate alla corrente di commutazione dell'interruttore:

Si può vedere attentamente nella figura 2 che:

•  Per un guasto iniziato al picco di tensione, la corrente sarà simmetrica. Simmetrica significa che ogni semiciclo della corrente, anche chiamato loop di corrente, sarà identico al semiciclo precedente. La corrente nella fase a è quasi simmetrica a causa dell'inizio del guasto poco prima del picco di tensione.

• Le correnti nelle fasi b e c sono asimmetriche e consistono in loop lunghi e brevi di corrente, rispettivamente chiamati loop maggiori e minori.
  L'asimmetria massima si verifica quando il guasto inizia al passaggio zero della tensione.

Quantità correlate alla tensione di commutazione dell'interruttore

Dalla Figura 3, possiamo osservare la seguente sequenza di eventi in dettaglio:

Attraversamenti zero della corrente:
Un attraversamento zero della corrente si verifica ogni 60 secondi. Dopo che i contatti si separano, il polo più vicino al prossimo attraversamento zero tenterà di interrompere la corrente per primo. In questo caso, il polo della fase b, essendo il più vicino al primo attraversamento zero, tenta di interrompere la corrente.

2. Primi tentativi di interruzione della corrente:

Il polo della fase b tenta di interrompere la corrente ma fallisce a causa dei contatti troppo vicini per sopportare la Tensione di Recupero Transitorio (TRV), portando a una riaccesione.
 Successivamente, anche il polo della fase a tenta di interrompere la corrente ma fallisce e riaccese.

3. Interruzione della corrente riuscita:

 Infine, il polo della fase c interrompe con successo la corrente, ripristinando il sistema alla TRV e alla tensione di recupero alternata (tensione di recupero AC).

4. Tensione di Recupero Transitorio (TRV):

•  Definizione: la TRV è l'oscillazione transitoria che si verifica mentre la tensione sul lato di alimentazione dell'interruttore si ripristina alla tensione di sistema pre-guasto.

• Comportamento: la TRV oscilla intorno alla tensione di recupero AC, che serve come punto di riferimento o asse di oscillazione. Il valore massimo della TRV dipende dall'amortizzazione nel circuito.

• Durata dell'oscillazione: come mostrato nell'onda, la TRV oscilla per un quarto di ciclo di frequenza di rete (cioè 90 gradi).

• Impatto sui poli: il primo polo a sgombrare (in questo caso, la fase c) è esposto alla TRV più alta, poiché sperimenta l'intera oscillazione transitoria.

5.    Sgombro dei poli successivi:

• I poli delle fasi a e b si sgombrano 90 gradi dopo la fase c.

• Per questi poli, i valori di TRV sono inferiori a quelli sperimentati dalla fase c e hanno polarità opposte.

• La tensione di recupero AC è la tensione di linea, condivisa tra le due fasi.