Guida alla scelta dell'interruttore a vuoto: Parametri e applicazioni

I. Selezione degli interruttori a vuoto

Gli interruttori a vuoto dovrebbero essere selezionati in base alla corrente nominale e alla corrente di cortocircuito nominale, utilizzando la capacità effettiva della rete elettrica come riferimento. Si dovrebbe evitare la tendenza ad adottare fattori di sicurezza eccessivamente elevati. Una scelta eccessivamente conservativa non solo porta a una "soprastimazione" economica (interruttore grande per carico piccolo), ma influenza anche le prestazioni dell'interruttore nell'interrompere correnti induttive o capacitive piccole, potenzialmente causando sovratensioni dovute al taglio della corrente.

Secondo la letteratura pertinente, circa il 93,1% dei circuiti di alimentazione a 10kV nelle reti elettriche operative in Cina ha una corrente nominale di 2000A o inferiore. Pertanto, la selezione della corrente operativa nominale dovrebbe concentrarsi principalmente su valori di 2000A e inferiori. La scelta della corrente massima di cortocircuito dovrebbe seguire i requisiti delle "Linee guida per la pianificazione e la ricostruzione della rete urbana", evitando la ricerca cieca di margini di sicurezza eccessivi.

Attualmente sul mercato cinese, gli interruttori di marca importata comunemente utilizzati includono l'HVX di Schneider, il VD4 di ABB e la serie 3AE di Siemens. Le marche nazionali includono l'CV1 di Changshu Switchgear, l'RMVS1 di Shanglian e la serie ZN172 di Baoguang. La differenza di qualità tra le marche nazionali e quelle importate è ora trascurabile.

II. Interruttori a vuoto e loro caratteristiche

Un interruttore è un dispositivo di commutazione dotato di una camera di estinzione d'arco speciale. Può chiudere, portare e interrompere correnti in condizioni normali del circuito, e può chiudere, portare e interrompere condizioni anormali del circuito (ad esempio, cortocircuiti) entro periodi di tempo specificati. È adatto per reti elettriche con frequenza di 50Hz e livelli di tensione di 3,6kV e superiori, utilizzato per accendere e spegnere correnti di carico (tipicamente non superiori a 4000A), correnti di sovraccarico e correnti di cortocircuito nominali (tipicamente non superiori a 63kA).

Può anche essere utilizzato in applicazioni speciali per commutare linee di trasmissione lunghe non caricate, trasformatori non carichi, banchi di condensatori, ecc., e per portare correnti di cortocircuito (tipicamente non superiori a 63kA) entro durate specificate (1s, 3s, 4s), nonché per chiudere su correnti di cortocircuito (tipicamente non superiori a 160kA). La vita meccanica degli interruttori è generalmente di 10.000 operazioni, con modelli speciali che raggiungono 30.000 o 60.000 operazioni. Quando dotati di un attuatore a magnete permanente, possono raggiungere fino a 100.000 operazioni. Secondo la norma CB1984-2014, la vita elettrica di un interruttore è di 274 operazioni.

Gli interruttori hanno in genere la capacità di ricomposizione automatica, permettendo la rapida ripristinazione dell'alimentazione dopo la rimozione del guasto, e sono tipicamente utilizzati in applicazioni critiche. Tuttavia, gli interruttori sono relativamente costosi (richiedono protezioni a relè o basate su microprocessore), e il tempo di interruzione del guasto è all'interno di 80ms (dipendente dal tempo di risposta del relè di protezione, dal tempo di sgancio dell'interruttore e dal tempo di arco). La velocità di interruzione della corrente di guasto è più lenta rispetto a quella dei gruppi di commutazione, quindi è necessario che l'equipaggiamento protetto abbia una sufficiente capacità di resistenza a breve termine alla corrente.

III. Principali applicazioni degli interruttori

Gli interruttori vengono utilizzati principalmente in imprese industriali e minerarie, centrali elettriche e sottostazioni per ricevere, controllare e proteggere i sistemi elettrici. Una configurazione tipica (utilizzando 12kV come esempio) consiste in due interruttori di ingresso e uno o più interruttori di uscita (vedi diagramma). La corrente degli interruttori di ingresso generalmente non supera i 4000A, con una corrente di interruzione di cortocircuito generalmente non superiore a 50kA. La corrente nominale degli interruttori di uscita generalmente non supera i 1600A, con una corrente di interruzione di cortocircuito generalmente non superiore a 40kA.

IV. Criteri di selezione degli interruttori

• Utilizzare un interruttore quando si controllano correnti di carico superiori a 630A.

• Utilizzare un interruttore quando si proteggono trasformatori con una capacità superiore a 1600kVA al lato di alimentazione.

• Utilizzare un interruttore quando si proteggono motori con una capacità superiore a 1200kW.

• Utilizzare un interruttore quando si commutano banchi di condensatori.

• Utilizzare un interruttore dedicato per generatori quando si proteggono generatori.

• Utilizzare un interruttore quando si proteggono linee di trasmissione o equipaggiamenti critici.

Esempi di applicazione degli interruttori

V. Precauzioni durante l'operazione degli interruttori a vuoto

Durante l'operazione, la manutenzione degli interruttori a vuoto dovrebbe essere determinata in base alle condizioni di utilizzo e alla frequenza operativa. Per gli interruttori con operazioni poco frequenti (operazioni annuali non superiori a 1/5 della vita meccanica), un controllo di routine una volta all'anno è sufficiente nel periodo di vita meccanica. Per gli interruttori frequentemente operati, il numero di operazioni tra i controlli non dovrebbe superare 1/5 della vita meccanica.

Quando la frequenza di operazione è estremamente alta o la vita meccanica/elettrica si avvicina alla fine, gli intervalli di ispezione dovrebbero essere ridotti. Gli elementi di ispezione e regolazione includono il livello di vuoto, lo spostamento, lo spostamento dei contatti, la sincronizzazione, la velocità di apertura/chiusura, nonché controlli sui componenti principali del meccanismo di comando, le connessioni elettriche esterne, l'isolamento e i contatti ausiliari dell'alimentazione di controllo.

Durante l'operazione degli interruttori a vuoto, si dovrebbero notare i seguenti problemi:

(1) Problemi di sovratensione

Gli interruttori a vuoto spesso producono sovratensioni elevate quando interrompono correnti piccole, in particolare correnti induttive piccole come le correnti di magnetizzazione dei trasformatori, a causa del significativo taglio della corrente. Inoltre, quando interrompono correnti capacitive di banchi di condensatori, la riaccesione dell'arco è difficile da evitare; una volta che si verifica la riaccesione, può generare sovratensioni di riaccesione. Pertanto, dovrebbero essere installati parafulmini ad ossido metallico ad alte prestazioni o dispositivi di protezione RC (resistenza-capacità).

(2) Monitoraggio dell'integrità del vuoto nella camera di interruzione

Il livello di vuoto all'interno dell'interruttore a vuoto è solitamente mantenuto tra 10⁻⁴ e 10⁻⁶ Pa. Con l'invecchiamento dell'interruttore e l'aumento del numero di operazioni di commutazione, o a causa di influenze esterne, il livello di vuoto peggiora gradualmente. Una volta che scende al di sotto di una soglia critica, la capacità di interruzione e la resistenza dielettrica saranno compromesse. Pertanto, il livello di vuoto all'interno dell'interruttore deve essere regolarmente testato durante l'operazione.

(3) Monitoraggio dell'usura dei contatti

Le superfici di contatto dell'interruttore a vuoto si logorano gradualmente dopo molteplici interruzioni di corrente. Con l'aumento dell'usura dei contatti, lo spostamento dei contatti aumenta, il che a sua volta aumenta la corsa di lavoro delle campane, riducendo significativamente la loro durata. Tipicamente, l'usura elettrica massima consentita è intorno a 3mm. Quando l'usura cumulata raggiunge o supera questo valore, sia le prestazioni di interruzione che la conduttività dell'interruttore a vuoto si degradano, indicando la fine della sua vita utile.

VI. Conclusione

Nella selezione degli interruttori a vuoto, si dovrebbe dare piena considerazione alle condizioni effettive di alimentazione e alle caratteristiche reali del carico sul lato del carico. La scelta corretta e razionale degli interruttori svolge un ruolo significativo nel migliorare l'operazione sicura e affidabile del sistema.