Interruttore di carico ad alta tensione - Soluzione di apparecchiature elettriche combinate con fusibile: Guida di applicazione per la sicurezza basata sulla corrente di trasferimento

I. Problema principale e obiettivo​
Questa soluzione mira a risolvere i rischi di sicurezza derivanti dal disaccordo tra il parametro centrale "corrente di trasferimento" dell'"apparecchio elettrico combinato interruttore-carico-fusibile" e la corrente cortocircuito effettiva del sistema durante la protezione dei trasformatori elettrici. L'obiettivo è fornire un insieme chiaro di linee guida per la selezione, la verifica e l'applicazione, garantendo che l'apparecchio elettrico combinato funzioni correttamente e in modo affidabile in caso di guasti al trasformatore. Ciò impedisce all'interruttore di carico di essere danneggiato a causa di correnti interrotte oltre le sue capacità e protegge l'intero sistema di distribuzione.

​II. Concetto chiave: Corrente di trasferimento​

1. ​Definizione e meccanismo​
   La corrente di trasferimento è il valore critico della corrente che determina se la corrente di guasto viene interrotta dal fusibile o dall'interruttore di carico. La sua occorrenza è strettamente legata al meccanismo di funzionamento dell'apparecchio elettrico combinato:
   • ​Corrente di guasto piccola: Il fusibile di una fase (la prima a fondere) si fonde per primo e il suo colpo attiva il meccanismo dell'interruttore di carico, causando l'apertura simultanea di tutte e tre le poli dell'interruttore di carico e l'interruzione della corrente delle rimanenti due fasi.
   • ​Corrente di guasto grande: Tutti e tre i fusibili si fondono quasi simultaneamente e rapidamente, interrompendo la corrente di guasto prima che l'interruttore di carico si apra.
   • La corrente di trasferimento è esattamente il confine tra questi due modi di funzionamento.
2. ​Metodo ufficiale di determinazione​
   Secondo gli standard IEC, la corrente di trasferimento (Itr) è determinata in base a:
   • Il tempo totale di spegnimento dell'interruttore di carico (T0): Il tempo dall'attivazione del colpo del fusibile fino alla separazione completa dei contatti dell'interruttore di carico.
   • La curva caratteristica tempo-corrente del fusibile: Sulla curva caratteristica con una deviazione di fabbricazione del -6,5%, il valore di corrente corrispondente a un tempo di operazione di 0,9 × T0 è la corrente di trasferimento.
3. ​Classificazione e fattori influenti​
   • ​Corrente di trasferimento nominale: Il valore standard fornito dal produttore, basato sulla massima calibrazione dell'elemento fusibile.
   • ​Corrente di trasferimento effettiva (Ic,zy)​: Il valore che deve essere verificato nelle applicazioni ingegneristiche, derivato dalla curva caratteristica in base alla calibrazione effettiva dell'elemento fusibile e T0.
   • ​Fattori principali influenti: Il tempo di spegnimento T0 dell'interruttore di carico è il fattore principale. Un T0 più piccolo comporta una corrente di trasferimento maggiore. Le caratteristiche del fusibile stesso sono anche un fattore.

​III. Principi di applicazione principali e processo di verifica​

1. ​Regola d'oro​
   Per garantire la sicurezza, deve essere soddisfatta la seguente condizione:
   Il valore della corrente di cortocircuito trifase sulla barra bassa tensione del trasformatore, convertita sul lato alta tensione (Isc) > Corrente di trasferimento effettiva dell'apparecchio elettrico combinato (Ic,zy)
   • ​Se soddisfatta: La corrente di cortocircuito trifase viene interrotta dal fusibile, proteggendo l'interruttore di carico.
   • ​Se non soddisfatta: L'interruttore di carico è costretto a interrompere la corrente (circa la corrente di cortocircuito bifase) e a sostenere un severo Voltaggio di Recupero Transitorio (TRV), rendendo molto probabile il fallimento dell'interruzione e portando a incidenti.
2. ​Passaggi di selezione e verifica​
   Per applicare correttamente l'apparecchio elettrico combinato, devono essere seguiti i seguenti passaggi:
3. ​Raccolta dei parametri del sistema: Ottenere la capacità di cortocircuito del sistema, la capacità del trasformatore e la tensione di impedenza.
4. ​Selezione preliminare: In base alla corrente nominale del trasformatore, selezionare preliminarmente le specifiche appropriate del fusibile e il tipo di interruttore di carico.
5. ​Calcolo delle correnti chiave:
   o Calcolare la corrente di cortocircuito trifase sul lato bassa tensione del trasformatore e convertirla sul lato alta tensione (Isc).
   o In base alle specifiche del fusibile selezionate e al tempo T0 dell'interruttore di carico, fare riferimento alla curva fornita dal produttore per ottenere la corrente di trasferimento effettiva (Ic,zy).
6. ​Esecuzione della verifica principale: Confrontare Isc e Ic,zy.
   o Se Isc > Ic,zy, la verifica è superata e la soluzione è sostanzialmente sicura.
   o Se Isc < Ic,zy, la soluzione presenta rischi e devono essere prese misure di ottimizzazione (vedi Parte IV).
7. ​Verifica finale della capacità: Verificare se la capacità di interruzione della corrente di trasferimento nominale dell'interruttore di carico selezionato è maggiore del Ic,zy calcolato. Questo serve come ultima barriera di sicurezza.

​IV. Linee guida per diversi scenari​

1. ​Capacità del trasformatore ≤ 630 kVA​
   • ​Soluzione: L'uso di un apparecchio elettrico combinato è generalmente sicuro ed economico.
   • ​Spiegazione: Come mostrato nella tabella, per i trasformatori da 500 kVA e 630 kVA (con impedenza del 4%), la condizione Isc > Ic,zy è facilmente soddisfatta quando la capacità di cortocircuito del sistema è sufficiente.
   • ​Raccomandazione: Si possono selezionare apparecchi elettrici combinati con interruttore di carico pneumatico.
2. ​Capacità del trasformatore 800 ~ 1250 kVA​
   • ​Soluzione: Intervallo ad alto rischio, la verifica rigorosa è obbligatoria.
   • ​Analisi: Come mostrato nella tabella, anche con un'impedenza del trasformatore del 6%, è difficile soddisfare la condizione Isc > Ic,zy per i trasformatori con una capacità di 800 kVA e superiori. Se si selezionano interruttori di carico a vuoto o SF6 con un T0 più piccolo, la loro corrente di trasferimento è maggiore, rendendo ancora più difficile soddisfare la condizione.
   • ​Misure di ottimizzazione:
   o Prioritizzare l'uso di interruttori di carico pneumatici con un tempo di spegnimento (T0) più lungo per ridurre la corrente di trasferimento e facilitare il soddisfacimento della condizione.
   o Comunicare attivamente con i produttori per chiedere se gli interruttori di carico a vuoto o SF6 possono essere regolati (aumentando T0) per ottenere un valore di corrente di trasferimento minore.
   o Se la condizione non può essere soddisfatta dopo il calcolo e la verifica, la soluzione dell'apparecchio elettrico combinato dovrebbe essere abbandonata.
   • ​Raccomandazione finale: Per i trasformatori da 1000 kVA e 1250 kVA, in particolare quelli a secco, si raccomanda fortemente l'uso diretto di interruttori automatici.
3. ​Capacità del trasformatore > 1250 kVA​
   • ​Soluzione: È necessario utilizzare interruttori automatici per la protezione e il controllo.
   • ​Spiegazione: Il livello di corrente di cortocircuito a questa capacità supera il range di protezione affidabile degli apparecchi elettrici combinati. Gli interruttori automatici sono l'unica scelta sicura.

​V. Riepilogo e note speciali​

1. ​La verifica è obbligatoria: Non si deve mai fare affidamento solo sull'esperienza o semplicemente applicare apparecchi elettrici combinati in base alla capacità del trasformatore. È necessario eseguire il calcolo e il confronto tra Isc e Ic,zy.
2. ​Considerare l'impatto del tipo di interruttore di carico: Non si deve presumere ciecamente che gli interruttori di carico a vuoto o SF6 con capacità di interruzione superiori siano superiori. Il loro T0 più piccolo comporta una corrente di trasferimento maggiore, che può rendere più difficile soddisfare la condizione di verifica principale e invece introdurre rischi.
3. ​Importanza della capacità di cortocircuito del sistema: La capacità di cortocircuito del sistema influenza direttamente il valore di Isc. Nei sistemi con capacità di cortocircuito minori, come parchi industriali o punti terminali della rete, le suddette questioni diventano più evidenti e richiedono particolare attenzione durante la selezione.