LTB vs DTB vs GIS: Confronto tra interruttori ad alta tensione

Il significato fondamentale di un interruttore ad alta tensione, in parole povere, è che, nelle condizioni normali, viene utilizzato per aprire (interrompere, spegnere) e chiudere (accendere, riacchiudere) circuiti, linee di alimentazione o carichi specifici—come quelli collegati a trasformatori o banchi di condensatori. Quando si verifica un guasto nel sistema di potenza, i relè di protezione attivano l'interruttore per interrompere la corrente di carico o la corrente di cortocircuito, garantendo così il funzionamento sicuro del sistema di potenza.

Un interruttore ad alta tensione è un tipo di dispositivo di commutazione ad alta tensione—spesso chiamato anche "interruttore ad alta tensione"—ed è uno dei pezzi di equipaggiamento chiave in una sottostazione. Tuttavia, a causa dei rigorosi requisiti di sicurezza delle sottostazioni ad alta tensione, il personale generalmente non può entrare nella sottostazione per avvicinarsi o accedere fisicamente a questi dispositivi. Nella vita quotidiana, si vedono solitamente solo le linee di trasmissione ad alta tensione da lontano e raramente si ha l'opportunità di osservare o toccare tali interruttori.

Quindi, come appare realmente un interruttore ad alta tensione? Oggi parleremo brevemente delle classificazioni e dei tipi strutturali comuni degli interruttori. A differenza degli interruttori a bassa tensione che incontriamo nella vita quotidiana—che solitamente utilizzano solo l'aria come mezzo di estinzione dell'arco—gli interruttori ad alta tensione richiedono prestazioni estremamente elevate in termini di isolamento ed estinzione dell'arco, e quindi necessitano di mezzi speciali di estinzione dell'arco per garantire la sicurezza elettrica, l'integrità dell'isolamento ed un'efficace estinzione dell'arco. (Per maggiori dettagli sui mezzi isolanti, si prega di fare riferimento ai nostri prossimi articoli.)

Ci sono due principali metodi di classificazione per gli interruttori ad alta tensione:

1. Classificazione in base al mezzo di estinzione dell'arco:

(1) Interruttori ad Olio: Ulteriormente suddivisi in tipo a grande quantità d'olio e tipo a piccola quantità d'olio. In entrambi, i contatti si aprono e si chiudono all'interno dell'olio, utilizzando l'olio di trasformatore come mezzo di estinzione dell'arco. A causa delle limitate prestazioni, questi tipi sono stati in gran parte sostituiti.

(2) Interruttori ad SF₆ o Gas Ecologici: Utilizzano esesafluoruro di zolfo (SF₆) o altri gas ecologici come mezzi sia di isolamento che di estinzione dell'arco.

(3) Interruttori a Vuoto: I contatti si aprono e si chiudono in un vuoto, dove l'estinzione dell'arco avviene in condizioni di vuoto.

(4) Interruttori a Spegnimento Solido: Utilizzano materiali solidi di estinzione dell'arco che si decompongono a temperature elevate, producendo gas per estinguere l'arco.

(5) Interruttori ad Aria Compressa: Utilizzano aria compressa ad alta pressione per soffiare via l'arco.

(6) Interruttori a Spegnimento Magnetico: Utilizzano un campo magnetico in aria per guidare l'arco in un canale di arresto, dove viene allungato, raffreddato ed estinto.

Oggi, gli interruttori ad alta tensione utilizzano principalmente gas—come SF₆ o alternative ecologiche—come mezzi di isolamento ed estinzione dell'arco. Nel range di media tensione, gli interruttori a vuoto dominano il mercato. La tecnologia del vuoto è stata estesa anche ai livelli di tensione di 66 kV e 110 kV, dove sono già stati sviluppati e distribuiti interruttori a vuoto.

2. Classificazione in base alla posizione di installazione:

Tipo da interni e tipo da esterni.

Inoltre, in base al metodo di isolamento rispetto al terreno, gli interruttori ad alta tensione possono essere categorizzati in tre tipi strutturali:

1) Interruttore a Serbatoio Vivente (LTB):
Anche semplicemente chiamato LTB. Per definizione, questo è un interruttore in cui la camera di interruzione è alloggiata all'interno di un involucro isolato dal terreno. Strutturalmente, presenta un design con isolatore a post. L'interruttore è a potenziale elevato, racchiuso all'interno di un isolatore in porcellana o composto, e isolato dal terreno tramite isolatori di supporto.

Principali vantaggi: Si possono raggiungere tensioni più elevate collegando in serie più unità di interruzione e aumentando l'altezza degli isolatori di supporto. È anche relativamente a basso costo.

L'equipaggiamento basato su LTB forma l'apparecchiatura a isolamento aerea (AIS), e le sottostazioni costruite con AIS sono note come sottostazioni AIS. Queste offrono un investimento basso e manutenzione semplice ma richiedono grandi aree di terreno e manutenzione frequente. Sono adatte per zone rurali o montane dove lo spazio è abbondante, le condizioni ambientali sono favorevoli e i budget sono limitati.

2) Interruttore a Serbatoio Morto (DTB):
Anche abbreviato come DTB. Definito come un interruttore in cui la camera di interruzione è racchiusa in un serbatoio metallico a terra. Il percorso conduttivo viene portato fuori attraverso bushing.

Fondamentalmente, la differenza tra LTB e DTB sta nella messa a terra: nel DTB, il serbatoio è a potenziale di terra.

I vantaggi includono la possibilità di integrare direttamente i trasformatori di corrente (CT) sui bushing, struttura compatta, superficie notevolmente ridotta rispetto a LTB, maggiore resistenza ambientale (adatto a condizioni difficili) e centro di gravità più basso—risultando in una migliore performance sismica. Il principale svantaggio è il costo più elevato.

L'apparecchiatura basata su DTB è nota come Apparecchiatura a Isolamento Ibrido a Gas (HGIS), e la sottostazione risultante è chiamata sottostazione HGIS.

3) Struttura Combinata Integrale Chiusa – Apparecchiatura Metallica a Isolamento a Gas, comunemente chiamata GIS (Gas-Insulated Switchgear) nelle applicazioni ad alta tensione. Questo termine copre ampiamente tale equipaggiamento. Il componente interruttore stesso può anche essere specificatamente chiamato GCB (Gas-Insulated Circuit Breaker).

Analogamente al DTB, in cui l'interruttore è racchiuso, la GIS differisce perché integra non solo l'interruttore ma anche altri componenti essenziali della sottostazione—compresi disconnettori, interruttori di terra, trasformatori strumentali, parafulmini e busbar—all'interno di un involucro metallico a terra riempito con SF₆ (o gas isolante alternativo) pressurizzato. Le connessioni alle linee aeree esterne vengono effettuate attraverso bushing o compartimenti di gas dedicati.

Le sottostazioni costruite in questo modo sono note come sottostazioni GIS (o Gas-Insulated Substations secondo gli standard IEEE). La GIS è ideale per le aree urbane dove il terreno è costoso, o per strutture critiche come grandi centrali idroelettriche o nucleari che richiedono affidabilità ultra-elevata.

A questo punto, le distinzioni tra i tipi di interruttore ad alta tensione—LTB, DTB, GCB—and le configurazioni corrispondenti delle sottostazioni—AIS, HGIS, GIS—dovrebbero essere chiare.