Interruttore a sezionamento d'aria

In un interruttore a spezzamento in aria, l'arco elettrico si forma ed estingue in aria sostanzialmente statica mentre l'arco si muove. Questi interruttori vengono utilizzati per tensioni basse, generalmente fino a 15 kV, con capacità di interruzione di 500 MVA. Come mezzo di spegnimento dell'arco, gli interruttori a spezzamento in aria offrono diversi vantaggi rispetto all'olio, tra cui:

• Eliminazione dei rischi e della manutenzione associati all'uso dell'olio.

• Assenza di stress meccanici causati dalla pressione del gas e dal movimento dell'olio.

• Eliminazione dei costi derivanti dal rimpiazzo regolare dell'olio a causa del suo deterioramento dovuto a operazioni successive di interruzione.

Negli interruttori a spezzamento in aria, la separazione dei contatti e l'estinzione dell'arco avvengono in aria alla pressione atmosferica, sfruttando il principio ad alta resistenza. L'arco viene espanso attraverso corridoi e condotti, mentre la resistenza dell'arco aumenta tramite divisione, raffreddamento e allungamento.

La resistenza dell'arco aumenta fino a quando la caduta di tensione attraverso l'arco supera la tensione del sistema, estinguendo l'arco al punto zero della corrente dell'onda sinusoidale.

Gli interruttori a spezzamento in aria vengono utilizzati in circuiti DC e AC fino a 12.000 V. Solitamente di tipo indoor, sono installati su pannelli verticali o in armadi estrattibili, ampiamente applicati in apparecchiature di media e bassa tensione per sistemi AC.

Interruttore a Spezzamento in Aria del Tipo a Interruzione Piana

La variante più semplice presenta due contatti a forma di corno. L'arco inizialmente si forma alla distanza più breve tra i corni e viene gradualmente spinto verso l'alto dalle correnti di convezione dell'aria riscaldata dall'arco e dall'interazione dei campi magnetici ed elettrici. Quando i corni si separano completamente, l'arco si estende dalla punta all'altra, raggiungendo allungamento e raffreddamento.

Il processo relativamente lento e il rischio che l'arco si diffonda su componenti metallici adiacenti limitano la sua applicazione a circa 500 V e circuiti a bassa potenza.

Interruttore a Spezzamento in Aria del Tipo a Soffio Magnetico

Utilizzato in circuiti con tensioni fino a 11 kV, l'estinzione dell'arco in alcuni interruttori a spezzamento in aria è ottenuta tramite un campo magnetico da bobine di soffio connesse in serie con il circuito interrotto. Queste bobine spostano l'arco nei condotti, ma non lo estinguono direttamente. Nei condotti, l'arco viene allungato, raffreddato ed estinto. Gli schermi d'arco prevencono la diffusione dell'arco ai reticoli adiacenti.

Polarità, Condotti d'Arco e Dettagli Operativi degli Interruttori a Spezzamento in Aria
Importanza della Polarità delle Bobine

La corretta polarità delle bobine è cruciale per dirigere l'arco verso l'alto, sfruttando le forze elettromagnetiche per migliorare il movimento dell'arco. Questo principio diventa più efficace con correnti di guasto elevate, consentendo a questi interruttori di raggiungere capacità di interruzione superiori.

Funzionalità dei Condotti d'Arco

Un condotto d'arco è un dispositivo chiave per l'estinzione dell'arco in aria, svolgendo tre ruoli interrelati:

• Confinamento dell'Arco: Limita l'arco a uno spazio definito, prevenendo una diffusione incontrollata.

• Controllo Magnetico: Guida il movimento dell'arco tramite campi magnetici per facilitare l'estinzione all'interno del condotto.

• Raffreddamento Rapido: Deionizza i gas dell'arco attraverso un intenso raffreddamento, assicurando l'estinzione dell'arco.

Progettazione dell'Interruttore a Spezzamento in Aria con Condotto d'Arco

Per circuiti a bassa e media tensione, questo interruttore presenta:

• Set di Contatti Doppio:

• Contatti Principali: In rame, rivestiti d'argento per bassa resistenza, conducono la corrente normale nella posizione chiusa.

• Contatti di Arco (Ausiiliari): In lega di rame resistente al calore, progettati per resistere all'arco durante l'interruzione del guasto. Si chiudono prima e si aprono dopo i contatti principali per proteggere i contatti principali dai danni.

• Mechanismo di Soffio: Inserzioni in acciaio nei condotti d'arco creano campi magnetici che accelerano il movimento dell'arco verso l'alto. Queste piastre dividono l'arco in una serie di archi brevi, aumentando la caduta totale di tensione (cadute anodiche e catodiche) attraverso gli archi. Se questa somma supera la tensione del sistema, l'arco si estingue rapidamente.

• Azione di Raffreddamento: Il contatto dell'arco con le piastre d'acciaio fredde raffredda e deionizza l'arco, aiutato da forze naturali o di soffio magnetico.

Principio di Funzionamento

• Occorrenza del Guasto: I contatti principali si separano per primi, trasferendo la corrente ai contatti di arco.

• Formazione dell'Arco: Mentre i contatti di arco si separano, si forma un arco tra loro.

• Movimento dell'Arco: Le forze elettromagnetiche e termiche spingono l'arco verso l'alto lungo i corridoi d'arco.

• Divisione e Estinzione dell'Arco: L'arco viene diviso dalle piastre divisori, allungato, raffreddato e deionizzato, portando all'estinzione.

Applicazioni

• Auxiliari delle Centri Elettriche e Impianti Industriali: Adatti per ambienti che richiedono la mitigazione di rischi di incendio o esplosione.

• Sistemi DC: Utilizzano l'allungamento dell'arco, corridoi e soffio magnetico per interruttori fino a 15 kV.

Limitazione

• Inefficienza a Corrente Bassa: I condotti d'arco sono meno efficaci a correnti basse a causa di campi magnetici deboli, causando un movimento dell'arco più lento nel condotto e potenzialmente un'interruzione ritardata.

Questo design bilancia semplicità e affidabilità per applicazioni a media/bassa tensione, anche se le sue prestazioni variano in base alla magnitudine della corrente.