A cosa si deve fare attenzione nella progettazione degli interruttori a bassa tensione montati su pali?

I interruttori a bassa tensione montati su pali sono dispositivi di protezione e controllo critici nei sistemi elettrici, la cui progettazione e funzionamento influiscono direttamente sulla sicurezza e affidabilità del sistema. La loro progettazione deve affrontare in modo completo l'adattabilità ambientale, la coordinazione dei parametri elettrici e la selezione degli attuatori per garantire un funzionamento stabile in diverse condizioni. Durante l'operazione, è essenziale aderire rigorosamente ai protocolli di sicurezza, effettuare manutenzioni regolari e gestire correttamente le situazioni eccezionali per prevenire incidenti causati da malfunzionamenti. Questo articolo fornisce un'analisi sistematica dei principi chiave di progettazione e standard operativi per gli interruttori a bassa tensione montati su pali, offrendo una guida professionale per il personale ingegneristico.

1. Considerazioni di Progettazione per Gli Interruttori a Bassa Tensione Montati su Pali

La progettazione degli interruttori a bassa tensione montati su pali deve resistere a condizioni ambientali esterne severe mentre soddisfa i requisiti di protezione e controllo.

1.1 Adattabilità Ambientale

Come apparecchiature installate all'esterno, questi interruttori devono sopportare fluttuazioni di temperatura, umidità, corrosione da salsedine e vibrazioni meccaniche. Secondo GB/T 2423.17, devono superare un test di spruzzatura neutrale di sale per 72 ore (Classe 5), adatto per aree costiere o industriali, con Grado di Inquinamento 3 per resistere alla contaminazione conduttiva o alla condensazione. Per quote elevate (>2000m), i parametri di isolamento e di riscaldamento devono essere regolati secondo GB/T 20645-2021 (il limite di riscaldamento diminuisce del 1% ogni 100m di aumento; è necessaria una riduzione della corrente nominale oltre 4000m).

Per temperature basse, deve essere assicurato il funzionamento a -40°C e lo stoccaggio a -55°C, con prestazioni affidabili dell'attuatore. La resistenza agli UV richiede rivestimenti superficiali come vernice poliammidica (angolo di contatto >90°) o PVDF (resistenza all'invecchiamento UV ≥ Classe 8). La chiusura del contenitore deve rispettare gli standard IP54/55 per prevenire la degradazione dell'isolamento.

1.2 Coordinazione dei Parametri Elettrici

Il calcolo accurato della corrente di cortocircuito e la selezione appropriata dei parametri sono cruciali. Le correnti di cortocircuito dovrebbero essere calcolate utilizzando il metodo assoluto, considerando le correnti di cortocircuito trifase, bifase e monofase a terra. La corrente iniziale di cortocircuito trifase è calcolata come:

dove Un è la tensione nominale di linea, e R_k, X_k sono la resistenza totale e la reattività del circuito di cortocircuito. La capacità di spegnimento di cortocircuito nominale dell'interruttore (Ics) non deve essere inferiore alla corrente di cortocircuito trifase massima. La verifica di sensibilità richiede che la corrente di cortocircuito minima in fondo linea sia almeno 1,3 volte l'impostazione di trip istantanea o a breve termine: I_min≥1.3I_set3.

Per la protezione contro sovraccarichi, l'impostazione di trip a lungo termine Iset1 deve soddisfare I_z≥I_set1≥I_c, dove Iz è la capacità di corrente continua del conduttore e IcIc è la corrente di carico calcolata. Per la protezione contro cortocircuiti, l'impostazione di trip istantanea I_set3 dovrebbe essere ≥1,2 volte la corrente di avviamento completa del motore più grande (ad esempio, 20-35 volte la corrente nominale per motori a gabbia di scoiattolo), mentre l'impostazione di trip a breve termine I_set2 dovrebbe evitare picchi di carico transitori, solitamente impostata a 1,2 volte (corrente di avviamento massima del motore + altre correnti di carico).

1.3 Selezione dell'Attuatore

Gli attuatori a molla sono comunemente utilizzati, richiedendo affidabilità, anti-salto, libero trippaggio e funzioni di smorzamento. Parametri temporali: interruttori a quadro—chiusura ≤0,2s, apertura ≤0,1s; interruttori a scatola fusa—vita meccanica ≥10.000 operazioni (interruttori a quadro ≥20.000). L'attuatore deve includere la rilevazione dello stoccaggio di energia e l'interblocco per un funzionamento sicuro. Le caratteristiche dinamiche richiedono un'ottimizzazione della velocità e del controllo del dislocamento dei contatti (ad esempio, controllo a fasi per interruttori a vuoto per minimizzare il rimbalzo dei contatti). Le caratteristiche di uscita devono corrispondere all'interruttore per assicurare la chiusura in condizioni di cortocircuito. In regioni fredde, la RES del condensatore aumenta a -40°C, prolungando il tempo di chiusura; i test a variabili temperature sono essenziali.

2. Progettazione delle Funzioni di Protezione e Selezione delle Impostazioni

2.1 Protezione contro Sovraccarichi

Tipicamente implementata tramite unità di trip termico-magnetico o elettronico. Le unità termico-magnetiche utilizzano strisce bimetalliche con caratteristiche di tempo inverso (tempo di trip inversamente proporzionale al quadrato della corrente di sovraccarico). Le unità elettroniche offrono un controllo preciso, con impostazioni di trip a lungo termine Ir che variano da 0,4 a 1 volte la corrente nominale In. Le impostazioni devono soddisfare In≥Ic e In≤Iz. Sensibilità: Sp=I_kmin/I_op≥1.3, dove IkminIkmin è la corrente minima di cortocircuito monofase in fondo linea. Per carichi critici, la protezione contro sovraccarichi può attivare allarmi invece di trip.

2.2 Protezione contro Cortocircuiti

Include protezione a breve termine e istantanea. La protezione a breve termine garantisce la selettività: $\×$ (corrente di avviamento massima del motore + altri carichi), con ritardi temporali (0,1-0,4s) coordinati con interruttori a monte (≥0,1-0,2s di differenza temporale). La protezione istantanea mira a guasti gravi: $\×$ corrente di avviamento completa del motore (ad esempio, 12-18 volte InIn per motori). Per i ramificatori di distribuzione, si preferiscono unità di trip elettroniche con protezione istantanea ritardata. Selettività: impostazione a breve termine a monte ≥1,3 × impostazione istantanea a valle, con ≥0,1-0,2s di differenza temporale.

2.3 Protezione contro Sottotensione

Previene danni alle apparecchiature da cali di tensione. Intervallo di trip: 35%-70% della tensione nominale. I tipi istantanei trippano immediatamente ma possono causare trippaggi fastidiosi; i tipi ritardati (0-5s) ignorano le fluttuazioni transitorie, adatti per uso industriale. La tensione nominale dell'unità di trip per sottotensione deve corrispondere alla tensione di linea, e la sua funzione non deve interferire con altre protezioni. Si raccomandano tipi ritardati (0,2-3s) per applicazioni industriali.

3. Coordinazione di Selettività e Protezione a Cascata

3.1 Zone di Selettività

• Zona 1 (Isc < Icu a valle): Realizzata attraverso la graduazione di corrente e tempo (ad esempio, a monte $\&times;$ a valle Iset3Iset3, ritardo temporale ≥ a valle + 0,1s).

• Zona 2 (Icu a valle < Isc < Icu a monte): Dipende dalle caratteristiche limitatrici di corrente o dai dati del produttore. Il limite di selettività IsIs può essere inferiore all'Icu a valle (selettività parziale).

• Zona 3 (Isc > Icu a monte): Richiede prove; i contatti a monte possono aprirsi momentaneamente (≤30ms) senza trippare, purché non si verifichi saldatura.

3.2 Protezione a Cascata

Sfrutta la limitazione di corrente degli interruttori a monte per permettere l'uso di interruttori a valle con capacità di spegnimento inferiore, riducendo i costi. Richiede l'abbinamento delle impostazioni istantanee ed evitare carichi critici sui circuiti a cascata. La selettività basata sull'energia (ad esempio, negli interruttori di tipo A) può migliorare i limiti di selettività, ma la verifica tramite dati del produttore è essenziale.

3.3 Metodi di Selettività

• Selettività di Corrente: Impostazione istantanea a monte ≥1,3 × a valle.

• Selettività Temporale: Ritardo a breve termine a monte ≥ a valle + 0,1-0,2s.

• Selettività Energetica: Basata sui requisiti energetici del sistema di contatti.

• Selettività Logica: Il rilevamento del guasto a valle invia un segnale di blocco a monte, consentendo un rapido trip a valle mentre a monte rimane chiuso—assicurando una protezione "stabile, precisa, rapida".