Un arco elettrico è uno degli incidenti industriali più distruttivi che potresti incontrare. In un istante, il tuo apparato di commutazione può essere distrutto, l'equipaggiamento a valle gravemente danneggiato, le operazioni interrotte per giorni o settimane e il personale seriamente ferito o ucciso.
In alcune strutture o applicazioni, il rischio potenziale di arco elettrico è molto basso; gli apparati di commutazione convenzionali (non protetti da arco elettrico) possono essere utilizzati con un rischio minimo. Tuttavia, nella maggior parte delle applicazioni, ha molto più senso fare affidamento su apparecchiature dotate di funzionalità progettate per mitigare i pericoli degli archi elettrici, fornendo una prudente "polizza assicurativa" contro le conseguenze catastrofiche di un incidente di arco.
Il potenziale distruttivo è enorme. L'energia rilasciata durante un arco elettrico in un apparato di commutazione a 11 kV è equivalente all'energia necessaria per lanciare sei navette spaziali. Le temperature possono raggiungere fino a 20.000°C—cinque volte più calde della superficie del sole—capaci di vaporizzare il metallo.
Gli errori di arco possono essere rari, ma rappresentano il tipo di guasto più grave che può verificarsi in un sistema di apparati di commutazione. Le cause potenziali sono varie, compreso l'errore umano (il più comune), il fallimento tecnico/dell'equipaggiamento e i fattori ambientali.
Puoi scegliere tra diversi metodi per ridurre il rischio di danni e infortuni dovuti agli archi elettrici. Tre dei più comuni sono descritti di seguito.
Protezione passiva interna da arco
Con la protezione passiva interna da arco, un errore di arco viene interrotto dopo che si verifica tramite relè di protezione convenzionali. Il tempo medio tra l'inizio dell'arco e il trip del relè varia da 100 a 1.000 millisecondi (ms)—letteralmente nell'intervallo di un battito di ciglia, che è tipicamente misurato tra 100 e 400 ms.
Anche se questa durata è estremamente breve, l'evento di arco causerà quasi certamente danni sufficienti da richiedere la riparazione o la sostituzione di parti dell'apparato di commutazione. I processi produttivi dipendenti dall'apparato di commutazione possono anche subire gravi interruzioni.
Gli apparati di commutazione con protezione passiva interna da arco incorporano un tipo di sistema di canalizzazione che fornisce un "percorso di fuga" per i gas ad alta pressione, alta temperatura e potenzialmente tossici. Alcuni apparati di commutazione includono un condotto che porta in un'area esterna. Questa soluzione viene tipicamente utilizzata in stanze di piccole dimensioni. Se l'apparato di commutazione si trova in una stanza più grande o lontano dalle pareti esterne, la canalizzazione può sfociare nella stanza in cui è installato l'apparato di commutazione.
Entrambe le strategie di ventilazione riducono o eliminano l'eiezione di gas d'arco dalla parte anteriore dell'apparato di commutazione, aiutando a minimizzare il potenziale infortunio. Aiutano anche a dissipare la pressione esplosiva, riducendo i danni interni all'apparato di commutazione.
Interruzione attiva interna dell'arco
Negli apparati di commutazione dotati di interruzione attiva interna dell'arco, il circuito di protezione opera indipendentemente dal relè di protezione. Il tempo tipico di interruzione dell'arco è approssimativamente 60-80 ms, che è la somma del tempo necessario per rilevare l'arco, iniziare il comando del disgiuntore e completare l'operazione del disgiuntore.
La tecnologia di rilevamento invia un segnale al disgiuntore a monte per interrompere il circuito, rilevando l'arco molto rapidamente. Due metodi comuni di rilevamento dell'arco sono i dispositivi di rilevamento della corrente e/o i sensori ottici che "vedono" il lampo. Il tempo di risposta è più rapido rispetto alla protezione passiva interna da arco, ma ancora insufficiente per prevenire danni e infortuni potenzialmente significativi.
È noto che i disgiuntori a molla possono aumentare il loro tempo di trippaggio man mano che invecchiano, risultando in tempi di spegnimento dell'arco più lunghi. Tempi di trippaggio più lunghi sono direttamente collegati a un aumento dei danni causati dagli archi elettrici. Questo non è un problema con i disgiuntori magnetici, che non rallentano nel tempo.
Eliminazione attiva dell'arco
I due metodi sopra menzionati aiutano a ridurre il danno e l'infortunio potenziali causati dagli archi, ma è importante notare che entrambi sono reattivi—rispondono solo dopo che un arco si è verificato. Il terzo metodo, l'eliminazione attiva dell'arco, è progettato per rispondere così rapidamente da poter quasi eliminare completamente l'arco.
Tecnicamente, come i metodi precedenti, reagisce a un arco una volta che si verifica, ma la sua risposta è così rapida che il danno all'apparato di commutazione è generalmente minimo, e il rischio di infortunio per il personale è trascurabile o inesistente. Raggiunge una risposta significativamente più rapida—solitamente meno di 1,5 ms e mai superiore a 4 ms. Invece di azionare il disgiuntore a monte, utilizza un Interruttore di Terra Ultra Rapido (UFES) per iniziare un cortocircuito trifase terra quando si verifica un errore di arco.
L'UFES, combinato con un rilevamento rapido e affidabile del guasto attraverso vari metodi di rilevamento, aiuta a garantire che un errore di arco venga spento quasi immediatamente dopo che si verifica. Ciò comporta una drastica riduzione di calore e pressione. Il reset dell'apparato di commutazione richiede solitamente solo la pulizia dell'interno e la sostituzione degli elementi di commutazione primari—tutto ciò che può generalmente essere completato entro poche ore.
Riepilogo
Se scoppiasse un incendio in casa tua, avere un sistema di rilevamento e allarme che avvisa immediatamente i pompieri, portandoli sul posto in pochi minuti, sarebbe rassicurante. Ma ancora più rassicurante sarebbe un sistema che impedisce all'incendio di iniziare in primo luogo. Questo è analogo a come l'eliminazione attiva dell'arco si distingue dagli altri metodi di gestione degli errori di arco.
L'eliminazione attiva dell'arco è argomentabilmente il metodo più efficace per ridurre i pericoli degli archi elettrici, anche se costa leggermente di più rispetto ad altri metodi di protezione. Per gli apparati di commutazione privi di qualsiasi progettazione di protezione da arco, l'eliminazione attiva dell'arco rappresenta un investimento relativamente modesto rispetto al valore dell'apparato di commutazione che protegge. Quando si valuta il rapporto costi-benefici, è importante considerare anche i costi aggiuntivi derivanti dalle interruzioni della produzione o del processo seguenti a un evento di arco.
Per aiutare a fornire il massimo livello di protezione per il personale e gli apparati di commutazione, e per minimizzare il rischio di interruzioni operative, l'eliminazione attiva dell'arco tramite un interruttore di terra ultra rapido è la scelta giusta per il tuo apparato di commutazione.
