Differenza tipica tra apparati di commutazione SF6 e a vuoto in alta tensione
Confronto tra interruttori a vuoto e SF6 negli apparati di manovra ad alta tensione
Quando si tratta di interrompere correnti di cortocircuito, in particolare quelle associate a un tasso di aumento molto ripido della tensione di recupero transitorio (TRV), gli interruttori a vuoto hanno un vantaggio significativo rispetto agli interruttori a SF6 (esafluoruro di zolfo) grazie alle loro caratteristiche superiori di recupero dielettrico. Ecco un confronto dettagliato, che include le differenze chiave nelle statistiche di rottura, nel comportamento di rottura tardiva e nelle prestazioni in applicazioni specifiche come la commutazione di carichi induttivi e la commutazione di banchi di condensatori.
1. Recupero dielettrico e Tensione di Recupero Transitorio (TRV)
Interruttori a vuoto:
Rapido recupero dielettrico: Gli interruttori a vuoto sono noti per il loro estremamente rapido recupero dielettrico, che è cruciale quando si affrontano tassi TRV elevati. Dopo l'interruzione della corrente, lo spazio a vuoto ripristina rapidamente le sue proprietà isolanti, rendendolo altamente efficace nella gestione di condizioni TRV ripide.
Prestazioni superiori in TRV ripide: Questo tempo di recupero rapido permette agli interruttori a vuoto di gestire tensioni di recupero transitorio con un tasso di aumento molto ripido più efficacemente degli interruttori a SF6. Il rapido ripristino dell'isolamento minimizza il rischio di riaccensione durante la fase TRV.
Interruttori a SF6:
Recupero dielettrico più lento: Gli interruttori a SF6, pur essendo ancora efficaci, hanno un recupero dielettrico più lento rispetto agli interruttori a vuoto. Ciò significa che durante un evento TRV ripido, c'è un rischio maggiore di riaccensione o rottura prima che l'isolamento si ripristini completamente.
Meno adatti a TRV ripide: In applicazioni in cui la TRV ha un tasso di aumento molto ripido, gli interruttori a SF6 potrebbero non performare così bene come gli interruttori a vuoto, potenzialmente portando a uno stress maggiore sull'interruttore e a un aumento del rischio di guasto.
2. Statistiche di rottura
Interruttori a vuoto:
Alta tensione di rottura: In principio, gli spazi a vuoto hanno una tensione di rottura molto alta, il che li rende altamente affidabili in gran parte delle condizioni operative.
Bassa probabilità di rottura a tensioni moderate: Nonostante la tensione di rottura elevata, esiste comunque una probabilità molto bassa di rottura a tensioni relativamente moderate. Tuttavia, questa probabilità è estremamente bassa e generalmente non costituisce un problema nelle applicazioni pratiche.
Interruttori a SF6:
Tensione di rottura inferiore: Gli spazi a SF6 solitamente hanno una tensione di rottura inferiore rispetto agli spazi a vuoto, il che significa che sono più suscettibili a rottura in determinate condizioni.
Prestazioni più consistenti: Sebbene gli interruttori a SF6 possano avere una tensione di rottura inferiore, tendono ad avere prestazioni più prevedibili e consistenti in un ampio range di condizioni operative.
3. Comportamento di rottura tardiva
Interruttori a vuoto:
Rottura tardiva spontanea: Una caratteristica unica degli interruttori a vuoto è che possono sperimentare una rottura tardiva spontanea, che può verificarsi fino a diversi centinaia di millisecondi dopo l'interruzione della corrente. Questo fenomeno è raro ma può verificarsi a causa dell'ionizzazione residua o altri fattori.
Conseguenze limitate: Le conseguenze di tali eventi di rottura tardiva sono minime poiché lo spazio a vuoto ripristina immediatamente l'isolamento dopo la rottura. Questa proprietà di autoguarigione assicura che l'interruttore rimanga funzionale e sicuro.
Interruttori a SF6:
Nessuna rottura tardiva: Gli interruttori a SF6 non presentano comportamenti di rottura tardiva, poiché il gas SF6 si de-ionizza rapidamente dopo l'interruzione della corrente, ripristinando le proprietà isolanti dello spazio.
4. Prestazioni nella commutazione di carichi induttivi
Interruttori a vuoto:
Tasso di riaccensione più elevato: Nella commutazione di carichi induttivi, in particolare quando si commutano reattanze shunt, gli interruttori a vuoto tendono a sperimentare un numero significativamente maggiore di riaccensioni ripetute a uno zero di corrente di frequenza d'onda. Questo è dovuto al rapido recupero dielettrico, che può portare a riaccensioni se la TRV supera la capacità dell'interruttore.
Strategie di mitigazione: Per mitigare questo problema, possono essere utilizzate misure speciali come resistenze di pre-inserimento o circuiti snubber per limitare la TRV e ridurre la probabilità di riaccensione.
Interruttori a SF6:
Tasso di riaccensione inferiore: Gli interruttori a SF6 generalmente hanno un tasso di riaccensione inferiore nelle applicazioni di commutazione di carichi induttivi. Questo perché il recupero dielettrico più lento del SF6 consente un accumulo graduale dell'isolamento, riducendo le possibilità di riaccensione.
5. Commutazione di banchi di condensatori
Interruttori a vuoto:
Preoccupazioni per l'arco pre-contatto: Quando si commutano banchi di condensatori, gli interruttori a vuoto devono evitare correnti di ingresso molto elevate. L'arco pre-contatto, che può verificarsi prima che i contatti si chiudano completamente, può deteriorare le proprietà dielettriche del sistema di contatti, portando a potenziali guasti.
Misure di mitigazione: Per prevenire ciò, l'apparatura di commutazione a vuoto per banchi di condensatori spesso include caratteristiche come resistenze di pre-inserimento o meccanismi di chiusura controllata per limitare la corrente di ingresso e proteggere l'interruttore.
Interruttori a SF6:
Migliore gestione delle correnti di ingresso: Gli interruttori a SF6 sono generalmente meglio adatti per la commutazione di banchi di condensatori poiché possono gestire correnti di ingresso più elevate senza un significativo deterioramento dielettrico. Questo li rende una scelta preferita per applicazioni in cui si prevedono correnti di ingresso elevate.
6. Progettazione del sistema di contatti
I sistemi di contatti degli interruttori a vuoto e SF6 differiscono nella progettazione per adattarsi ai rispettivi principi di funzionamento:
Interruttore a SF6 (Sinistra):
Il sistema di contatti in un interruttore a SF6 è progettato per funzionare con il mezzo gassoso, che offre eccellenti proprietà di spegnimento dell'arco. I contatti sono tipicamente più grandi e robusti per gestire le correnti e la dissipazione di energia più elevate associate al SF6.
Interruttore a vuoto (Destra):
Il sistema di contatti in un interruttore a vuoto è più semplice e compatto, poiché l'ambiente a vuoto fornisce eccellenti proprietà di isolamento e spegnimento dell'arco. I contatti sono solitamente realizzati con materiali come leghe di rame-tungsteno, che hanno punti di fusione elevati e buona conduttività.
Conclusione
In sintesi, gli interruttori a vuoto eccellono nelle applicazioni con tensioni di recupero transitorio molto ripide grazie al loro rapido recupero dielettrico, rendendoli superiori nella gestione di tassi TRV elevati. Tuttavia, possono sperimentare più riaccensioni nella commutazione di carichi induttivi e richiedono una gestione accurata nella commutazione di banchi di condensatori per evitare archi pre-contatto. Gli interruttori a SF6, d'altra parte, offrono prestazioni più consistenti in termini di statistiche di rottura e sono meglio adatti per gestire correnti di ingresso elevate, rendendoli una scelta preferita per la commutazione di banchi di condensatori. La scelta tra interruttori a vuoto e SF6 dipende dall'applicazione specifica e dal tipo di carico da commutare.
