apparecchiature elettriche ad alta tensione

Il sistema di potenza si occupa di tensioni superiori a 36kV, ed è chiamato apparecchiatura a tensione elevata. Poiché il livello di tensione è elevato, anche l'arco prodotto durante l'operazione di commutazione è molto alto. Pertanto, è necessario prestare particolare attenzione nella progettazione dell'apparecchiatura a tensione elevata. L'interruttore a circuito aperto a tensione elevata, è il componente principale dell'apparecchiatura a tensione elevata, quindi l'interruttore a circuito aperto (IC) a tensione elevata deve avere caratteristiche speciali per un funzionamento sicuro e affidabile. Gli errori di trippaggio e le operazioni di commutazione dei circuiti ad alta tensione sono molto rari. La maggior parte delle volte, questi interruttori a circuito aperto rimangono in posizione ON e possono essere azionati dopo un lungo periodo di tempo. Pertanto, gli IC devono essere abbastanza affidabili da garantire un funzionamento sicuro quando necessario. La tecnologia degli interruttori a circuito aperto a tensione elevata è cambiata radicalmente negli ultimi 15 anni. L'interruttore a circuito aperto a olio minimo (IOCM), l'interruttore a circuito aperto ad aria compressa e l'interruttore a circuito aperto a SF6 sono i più utilizzati per le apparecchiature a tensione elevata.

L'interruttore a circuito aperto a vuoto è raramente utilizzato per questo scopo, poiché fino ad oggi la tecnologia del vuoto non è adeguata per interrompere correnti di cortocircuito a tensione molto elevata. Esistono due tipi di interruttore a circuito aperto a SF6, l'interruttore a circuito aperto a SF6 a pressione singola e l'interruttore a circuito aperto a SF6 a doppia pressione. Il sistema a pressione singola è lo stato dell'arte per il sistema di apparecchiatura a tensione elevata, al giorno d'oggi. Oggi il gas SF6 come mezzo di spegnimento dell'arco, è diventato il più popolare per sistemi elettrici di potenza ad alta e ultra-alta tensione. Tuttavia, il gas SF6 contribuisce all'effetto serra. Ha un impatto 23 volte più forte sull'effetto serra rispetto al CO2. Pertanto, deve essere prevenuta la perdita di gas SF6 durante la vita utile dell'interruttore a circuito aperto. Per minimizzare l'emissione di gas SF6, può essere utilizzata una miscela di N2 – SF6 e CF4 – SF6 nei futuri interruttori a circuito aperto, come sostituto del puro SF6. Si deve sempre fare attenzione a che, durante la manutenzione dell'IC, nessun gas SF6 venga rilasciato nell'atmosfera.

D'altra parte, l'interruttore a circuito aperto a SF6 ha il grande vantaggio di richiedere una manutenzione ridotta.
Le apparecchiature a tensione elevata sono categorizzate come,

1. Isolato a gas per uso interno (GIS),

2. Isolato ad aria per uso esterno.

Inoltre, gli interruttori a circuito aperto isolati ad aria per uso esterno sono classificati come,

1. Interruttore a circuito aperto a serbatoio morto

2. Interruttore a circuito aperto a serbatoio vivo

Nel interruttore a circuito aperto a serbatoio morto, il dispositivo di commutazione (insieme degli interruttori) è posizionato, con supporti isolatori adeguati, all'interno di un contenitore metallico (o più contenitori) a potenziale di terra, riempito con un mezzo isolante. Nel interruttore a circuito aperto a serbatoio vivo, il dispositivo di commutazione (insieme degli interruttori) è posizionato su isolatori a potenziale del sistema. Gli interruttori a circuito aperto a serbatoio vivo sono più economici e richiedono meno spazio di montaggio.

Esistono principalmente tre tipi di interruttore a circuito aperto, come abbiamo detto prima, utilizzati nel sistema di apparecchiatura a tensione elevata, ovvero l'interruttore a circuito aperto ad aria compressa, l'interruttore a circuito aperto a SF6, l'interruttore a circuito aperto a olio e l'interruttore a circuito aperto a vuoto è raramente utilizzato.

Interruttore a circuito aperto ad aria compressa

In questo design, viene utilizzato un getto d'aria ad alta pressione per spegnere l'arco tra due contatti separati, quando l'ionizzazione della colonna d'arco è minima alla corrente zero.

Interruttore a circuito aperto a olio

Questo è ulteriormente classificato come interruttore a circuito aperto a olio in massa (IOCM) e interruttore a circuito aperto a olio minimo (IOAM). Nell'IOCM, l'unità di interruzione è posizionata all'interno di un serbatoio di olio a potenziale di terra. Qui l'olio è utilizzato sia come mezzo isolante che come mezzo di interruzione. Nell'IOAM, invece, il requisito di olio isolante può essere minimizzato posizionando le unità di interruzione in una camera isolata a potenziale vivo su una colonna isolante.

Interruttore a circuito aperto a SF6

Il gas SF6 è ampiamente utilizzato come mezzo di spegnimento dell'arco nelle applicazioni ad alta tensione oggi. Il gas esaserfluoruro di zolfo è un gas ad alta elettronegatività con eccellenti proprietà dielettriche e di spegnimento dell'arco. Le alte proprietà dielettriche e isolate del SF6, rendono possibile progettare interruttori a circuito aperto ad alta tensione con dimensioni complessive più piccole e distanza di contatto più breve. L'eccellente proprietà isolante aiuta a progettare e costruire apparecchiature per uso interno nei sistemi ad alta tensione.

Interruttore a circuito aperto a vuoto

In un vuoto, non c'è ulteriore ionizzazione tra due contatti separati portanti corrente, dopo il passaggio a zero della corrente. L'arco iniziale causato da esso morirà appena il prossimo passaggio a zero, ma poiché non c'è provvedimento per ulteriore ionizzazione una volta che la corrente ha superato il suo primo zero, lo spegnimento dell'arco è completato. Anche se il metodo di spegnimento dell'arco è molto veloce nell'ICV, fino ad ora non è una soluzione adeguata per le apparecchiature a tensione elevata, poiché l'ICV realizzato per livelli di tensione molto elevati non è affatto economico.

Caratteristiche essenziali dell'interruttore a circuito aperto a tensione elevata

Le caratteristiche essenziali da fornire negli interruttori a circuito aperto a tensione elevata, per garantire un funzionamento sicuro e affidabile, devono essere capaci di essere operati in sicurezza per,

1. Guasti terminali.

2. Guasti su linee corte.

3. Corrente di magnetizzazione dei trasformatori o reattori.

4. Energizzazione di linee di trasmissione lunghe.

5. Carica di banchi di condensatori.

6. Commutazione fuori fase.

Guasto terminale

In generale, il carico collegato al sistema di potenza è di natura induttiva. A causa di questa induttanza, quando la corrente di cortocircuito viene interrotta da un interruttore a circuito aperto, c'è la possibilità di una tensione di riacceso elevata con oscillazioni ad alta frequenza nell'ordine di poche centinaia di Hz. Questa tensione ha due parti:

1. Tensione di recupero transitoria con oscillazioni ad alta frequenza immediatamente dopo l'estinzione dell'arco.

2. Dopo il decadimento di queste oscillazioni ad alta frequ