Operazione del Dispositivo di Protezione (Tempo di Funzionamento e di Spegnimento)

La funzione principale di un interruttore elettrico è quella di aprire e chiudere i contatti che portano la corrente. Sebbene sembri molto semplice, dobbiamo ricordare che un interruttore rimane nella posizione chiusa per la maggior parte della sua vita utile. Solo occasionalmente è richiesto l'operazione dell'interruttore per aprire e chiudere i contatti.

Pertanto, il funzionamento dell'interruttore deve essere molto affidabile, senza alcun ritardo o lentezza. Per raggiungere questa affidabilità, il meccanismo di operazione dell'interruttore diventa più complesso di quanto si pensasse inizialmente.

La distanza di corsa tra i contatti durante l'apertura e la chiusura e la velocità dei contatti mobili durante l'operazione sono i parametri più importanti da considerare durante la progettazione di un interruttore.

Il gap dei contatti, la distanza di viaggio dei contatti mobili e la loro velocità sono determinati dal tipo di mezzo di spegnimento dell'arco, dalla corrente e dalla tensione nominale dell'interruttore.
Una tipica curva delle caratteristiche operative di un interruttore è mostrata nel grafico sottostante.
Nel grafico, l'asse X rappresenta il tempo in millisecondi e l'asse Y rappresenta la distanza in millimetri.

Ad esempio, al tempo T0, la corrente inizia a fluire attraverso la bobina di chiusura. Dopo il tempo T1, il contatto mobile inizia a muoversi verso il contatto fisso. Al tempo T2, il contatto mobile tocca il contatto fisso. Al tempo T3, il contatto mobile raggiunge la sua posizione chiusa. T3 – T2 è il periodo di sovraccarico di questi due contatti (mobile e fisso). Dopo il tempo T3, il contatto mobile rimbalza leggermente indietro e poi torna alla sua posizione chiusa fissa, dopo il tempo T4.

Ora passiamo all'operazione di trip. Ad esempio, al tempo T5, la corrente inizia a fluire attraverso la bobina di trip dell'interruttore. Al tempo T6, il contatto mobile inizia a muoversi all'indietro per aprire i contatti. Dopo il tempo T7, il contatto mobile finalmente si stacca dal contatto fisso. Il tempo (T7 – T6) è il periodo di sovrapposizione.

Ora, al tempo T8, il contatto mobile torna alla sua posizione finale aperta, ma qui non sarà in posizione di riposo poiché ci saranno alcune oscillazioni meccaniche del contatto mobile prima di arrivare alla sua posizione finale di riposo. Al tempo T9, il contatto mobile finalmente arriva alla sua posizione di riposo. Questo vale sia per gli interruttori standard che per quelli a controllo remoto.

Requisiti per l'Operazione di Apertura dell'Interruttore

L'interruttore deve essere in posizione aperta il più rapidamente possibile. Questo è dovuto alla necessità di limitare l'erosione dei contatti e di interrompere la corrente difettosa il più rapidamente possibile. Tuttavia, la distanza totale di viaggio del contatto mobile non è determinata solo dalla necessità di interrompere la corrente difettosa, ma piuttosto dal gap dei contatti necessario per resistere alle tensioni dielettriche normali e alle tensioni impulsive di fulmine che appaiono tra i contatti quando l'interruttore è in posizione aperta.

La necessità di trasportare la corrente continua e di resistere a un periodo di arco nell'interruttore, rende necessario l'uso di due set di contatti in parallelo: uno il contatto primario, sempre fatto di materiali ad alta conducibilità come il rame, e l'altro il contatto di arco, fatto di materiali resistenti all'arco come il tungsteno o il molibdeno, che ha una conducibilità molto inferiore ai contatti primari.

Durante l'operazione di apertura dell'interruttore, i contatti primari si aprono prima dei contatti di arco. Tuttavia, a causa della differenza nella resistenza elettrica e nell'induttanza dei percorsi elettrici dei contatti primari e di arco, è necessario un tempo finito per ottenere la commutazione totale della corrente, cioè dai contatti primari o principali ai contatti di arco.

Quindi, quando il contatto mobile inizia a spostarsi dalla posizione chiusa alla posizione aperta, il gap dei contatti aumenta gradualmente e dopo un certo tempo si raggiunge una posizione critica del contatto, che indica il minimo gap conduttivo necessario per prevenire il riaccensione dell'arco dopo il prossimo zero di corrente.
La parte restante del tragitto è necessaria solo per mantenere una sufficiente forza dielettrica tra il gap dei contatti e per lo scopo di decelerazione.

Requisiti per l'Operazione di Chiusura dell'Interruttore

Durante l'operazione di chiusura dell'interruttore, sono richiesti i seguenti requisiti,

1. Il contatto mobile deve viaggiare verso il contatto fisso con una velocità sufficiente per prevenire il fenomeno di pre-arco. Mentre il gap dei contatti si riduce, l'arco può iniziare prima che i contatti siano finalmente chiusi.

2. Durante la chiusura dei contatti, il mezzo tra i contatti viene sostituito, quindi è necessaria una potenza meccanica sufficiente durante questa operazione di interruttore per comprimere il mezzo dielettrico nella camera di arco.

3. Dopo aver colpito il contatto fisso, il contatto mobile potrebbe rimbalzare indietro a causa della forza repulsiva, che non è affatto desiderabile. Pertanto, è necessaria una quantità sufficiente di energia meccanica per superare la forza repulsiva dovuta all'operazione di chiusura in caso di guasto.

4. Nel meccanismo a molla-molla, generalmente la molla di trip o di apertura viene caricata durante l'operazione di chiusura. Pertanto, è necessaria una quantità sufficiente di energia meccanica anche per caricare la molla di apertura.

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