Come Scegliere un Interruttore Ad Alta Tensione: Parametri Chiave e Guida Esperta

La scelta di un interruttore ad alta tensione è una task critica che impatta direttamente la sicurezza, la stabilità e l'operatività affidabile dei sistemi elettrici. Di seguito sono riportate le specifiche tecniche chiave e le considerazioni da tenere in conto quando si selezionano interruttori ad alta tensione - dettagliate, complete e professionali.

Processo di Selezione Principale e Considerazioni Chiave

I. Parametri Fondamentali in Conformità con le Condizioni del Sistema (La Base)

Questa è la richiesta fondamentale - deve essere pienamente conforme alle caratteristiche del punto di installazione.

• Tensione Nominal (Uₙ)

• Requisito: La tensione nominale dell'interruttore deve essere maggiore o uguale alla massima tensione di esercizio nel suo punto di installazione.

• Esempio: In un sistema da 10kV dove la massima tensione di esercizio è 12kV, dovrebbe essere selezionato un interruttore con tensione nominale di 12kV.

• Corrente Nominal (Iₙ)

• Requisito: La corrente nominale dell'interruttore deve essere maggiore o uguale alla massima corrente continua di esercizio del circuito.

• Calcolo: Considerare la corrente di carico normale, la capacità di sovraccarico, l'espansione futura potenziale e includere un margine di sicurezza. Evitare "interruttore sottodimensionato per carico elevato" o investimenti eccessivi.

• Frequenza Nominal (fₙ)

• Deve corrispondere alla frequenza del sistema elettrico - 50Hz in Cina.

II. Parametri Critici delle Prestazioni a Cortocircuito (Il Test di Capacità)

Questi parametri misurano le capacità di interruzione e chiusura dell'interruttore e devono essere selezionati in base ai calcoli del cortocircuito del sistema.

• Corrente di Interruzione a Cortocircuito Nominale (Iₖ)

• Definizione: Il valore efficace massimo della corrente di cortocircuito che l'interruttore può interrompere in modo affidabile a tensione nominale.

• Requisito: Questo è il parametro più critico. La corrente di interruzione nominale dell'interruttore deve essere maggiore o uguale alla massima corrente di cortocircuito prospettica nel punto di installazione (tipicamente la corrente di cortocircuito trifase calcolata dagli studi di sistema).

• Nota: Considerare la crescita potenziale della capacità di cortocircuito del sistema durante la vita operativa dell'interruttore.

• Corrente di Chiusura a Cortocircuito Nominale (Iₘᶜ)

• Definizione: Il valore picco massimo della corrente di cortocircuito che l'interruttore può chiudere con successo.

• Requisito: Tipicamente 2,5 volte il valore efficace della corrente di interruzione nominale (valore standard). Deve superare il picco massimo della corrente di cortocircuito prospettica per resistere alle enormi forze elettrodinamiche durante la chiusura.

• Corrente di Resistenza a Breve Termine Nominale (Iₖ) / Corrente di Resistenza Termica

• Definizione: Il valore efficace della corrente di cortocircuito che l'interruttore può resistere per una durata specificata (ad esempio, 1s, 3s, 4s).

• Requisito: Deve essere maggiore o uguale al valore efficace della corrente di cortocircuito prospettica nel punto di installazione. Testa la capacità dell'interruttore di resistere agli effetti termici delle correnti di cortocircuito.

• Corrente Picco di Resistenza Nominale (Iₚₖ) / Corrente di Resistenza Dinamica

• Definizione: Il valore picco del primo ciclo della corrente di cortocircuito che l'interruttore può sopportare.

• Requisito: Deve essere maggiore o uguale al picco prospettico della corrente di cortocircuito. Testa la robustezza meccanica dell'interruttore sotto le forze elettromagnetiche durante un cortocircuito.

III. Requisiti di Isolamento e Protezione Ambientale

• Tipo di Mezzo Isolante (Scelta Tecnologia Core)

• Vantaggi: Capacità di interruzione estremamente elevata, prestazioni eccellenti.

• Svantaggi: SF₆ è un gas serra potente; richiede un'elevata integrità di sigillatura; rischio di perdite; manutenzione relativamente complessa.

• Applicazione: Utilizzato principalmente in sistemi ad alta tensione e alta capacità (≥35kV) o ambienti speciali (ad esempio, regioni estremamente fredde).

• Raccomandazione: Nel range 10–35kV, a meno che non esistano requisiti speciali, preferire interruttori a vuoto per la loro maturità e benefici ambientali.

• Vantaggi: Elevata capacità di spegnimento dell'arco, lunga durata di servizio, dimensioni compatte, bassa manutenzione, nessun rischio di esplosione, ecologico. Adatto per applicazioni di commutazione frequenti (ad esempio, fornaci ad arco, commutazione motori).

• Applicazione: La scelta principale e preferita per i livelli di tensione 10–35kV oggi.

• Interruttore a Vuoto (ad esempio, VS1, ZN63):

• Interruttore a SF₆ (Esafuoruro di Zolfo):

• Isolamento Esterno

• Distanza di Strisciamento: Selezionare guaine e isolatori con distanza di strisciamento sufficiente in base al livello di inquinamento del sito (I–IV), per prevenire il flashover dovuto all'inquinamento.

• Condensazione: Per apparati di commutazione interni in ambienti ad alta umidità o con grandi differenze di temperatura soggetti a condensazione, selezionare interruttori o apparati di commutazione dotati di riscaldatori o dispositivi anti-condensazione.

IV. Caratteristiche Meccaniche e Meccanismo Operativo

• Tipo di Meccanismo Operativo

• Meccanismo a Molla: Il più comune, tecnologia matura, alta affidabilità, non richiede fonte di alimentazione esterna. La scelta preferita nella maggior parte dei casi.

• Attuatore a Magnete Permanente (PMA): Meno componenti, struttura più semplice, teoricamente maggiore affidabilità e operatività più rapida. Tuttavia, la riparazione sul campo dopo un guasto è difficile - solitamente richiede la sostituzione completa.

• Meccanismo Operativo Elettromagnetico: Utilizzato nei modelli più vecchi; richiede un'alta potenza in corrente continua e una corrente di chiusura elevata; gradualmente in fase di dismissione.

• Resistenza Meccanica ed Elettrica

• Resistenza Meccanica: Numero di operazioni di apertura-chiusura senza corrente (tipicamente 10.000-30.000+ cicli).

• Resistenza Elettrica: Numero di interruzioni normali a corrente nominale (ad esempio, classe E2: 10.000 operazioni; classe C2: 100 interruzioni a cortocircuito). Per applicazioni che richiedono commutazione frequente di banchi di condensatori, reattori o motori, selezionare interruttori con elevata resistenza elettrica.

• Tempo di Interruzione e Tempo di Chiusura-Apertura

• Per sistemi che richiedono coordinazione con protezioni a relè o reclosure automatico rapido, prestare attenzione al tempo totale di spegnimento dell'interruttore (dall'avvio del comando di trip a estinzione dell'arco).

V. Controllo Secondario e Funzioni Ausiliarie

• Tensione di Controllo: Deve corrispondere al sistema di alimentazione continua della sottostazione (comunemente DC 110V o DC 220V).

• Contatti Ausiliari: Il numero deve soddisfare i requisiti per misurazione, segnalazione e blocco.

• Funzioni di Blocco: Deve includere circuiti antipompa affidabili, blocchi di chiusura/trip, ecc., per garantire la sicurezza.

• Interfaccia Intelligente: Gli interruttori moderni spesso includono controllori intelligenti che forniscono misurazione dei parametri elettrici, registrazione dei guasti, monitoraggio dello stato e supporto per protocolli di comunicazione (ad esempio, IEC 61850), facilitando l'integrazione in sistemi di automazione integrata.

VI. Installazione, Ambiente e Marca/Servizio

• Tipo di Installazione: Fisso o estrattibile (tipo cassetto)? Deve corrispondere al modello e alla struttura dell'apparato di commutazione.

• Condizioni Ambientali: Considerare altitudine, temperatura ambiente, umidità. A quote elevate, le valutazioni degli interruttori devono essere derate.

• Marca e Servizio Post-Vendita: Scegliere marche di reputazione consolidata con qualità dimostrata e considerare la disponibilità di pezzi di ricambio, supporto tecnico e servizio post-vendita.

VII. Riepilogo: Elenco di Controllo per la Selezione

• Confermare i parametri del sistema: tensione del sistema, frequenza, corrente massima di esercizio.

• Calcolare la corrente di cortocircuito: ottenere la corrente efficace e il picco prospettico di cortocircuito nel punto di installazione (fornito dal progetto del sistema elettrico).

• Abbinare le capacità dell'interruttore: assicurarsi che la corrente di interruzione nominale, la corrente di chiusura e le correnti di resistenza dinamica/termica superino i valori calcolati.

• Selezionare il tipo: preferire interruttori a vuoto per 10–35kV; confermare il meccanismo operativo (meccanismo a molla preferito).

• Verificare l'isolamento esterno: confermare la distanza di strisciamento in base al livello di inquinamento.

• Considerare le esigenze speciali: operazioni frequenti? Interfaccia intelligente? Condizioni ambientali speciali?

• Marca e messa in opera: selezionare marche affidabili; durante l'accettazione, concentrarsi sui rapporti di test in fabbrica (specialmente la resistenza del circuito principale e le caratteristiche meccaniche).

Seguendo questi passaggi, è possibile selezionare un interruttore ad alta tensione sicuro, adeguato e affidabile per il proprio sistema. Per applicazioni critiche, si consiglia vivamente di rivedere e finalizzare la selezione con ingegneri elettrici professionisti o istituti di progettazione.