Un interruttore automatico a vuoto (VCB) è un dispositivo di commutazione e protezione di media tensione che utilizza interruttori a vuoto. Il suo carico consentito, la capacità di generare e interrompere un guasto e le sue funzioni operative sono quelle indicate nei dati tecnici approvati e nel piano di protezione del progetto; non si tratta di valori generici applicabili uniformemente a tutte le famiglie di VCB o a tutte le installazioni.
Definire il limite di lavoro è importante perché gli interruttori di sezionamento, gli interruttori di interruzione del carico e gli interruttori automatici svolgono funzioni distinte e nessun singolo dispositivo copre di default tutti e tre i ruoli. disconnettere interrurrore Svolge una funzione di isolamento secondo la procedura operativa approvata. Un interruttore differenziale in posizione aperta non deve essere automaticamente considerato il punto di isolamento richiesto; le norme di sicurezza del progetto, la configurazione a linea singola, i dispositivi di interblocco e la documentazione del produttore determinano il metodo di isolamento.
A interruttore-sezionatore di carico Occupa una posizione intermedia in questa gerarchia: può interrompere e ripristinare la corrente di carico a livelli definiti, ma non è progettato per le elevate correnti di guasto asimmetriche che un interruttore automatico deve gestire e, in genere, non dispone dell'interfaccia di sgancio automatico azionata da un relè di protezione. L'utilizzo di un interruttore di carico laddove lo studio di protezione richieda un dispositivo di interruzione del guasto azionato da un relè lascia il circuito privo di un'adeguata protezione dai guasti, una distinzione che il progettista deve confermare per iscritto prima di finalizzare la selezione delle apparecchiature.
FIG-01: Posizione illustrativa di un interruttore automatico a vuoto all'interno di un sistema di protezione di media tensione, che mostra la sua relazione con i dispositivi di sezionamento a monte e le apparecchiature di interruzione del carico a valle.
L'interruttore a vuoto è un involucro sigillato, tipicamente in ceramica con piastre terminali metalliche, che racchiude un contatto fisso e un contatto mobile separati da un ambiente ad alto vuoto. Quando i contatti si separano sotto l'azione di una corrente alternata, l'arco che si forma tra le superfici di separazione è alimentato unicamente dal vapore metallico emesso dal materiale stesso dei contatti. Poiché non vi è alcun mezzo gassoso a mantenere la colonna di plasma, l'arco si estingue naturalmente al primo zero di corrente, ovvero nel momento in cui, in ogni semiciclo, l'ampiezza della forma d'onda alternata passa per zero, senza necessità di riaccensione nella maggior parte delle condizioni di media tensione.
La conseguenza pratica di questa fisica di interruzione è che la corsa dei contatti necessaria per ottenere un adeguato recupero dielettrico post-arco è breve rispetto ai vecchi modelli ad aria compressa o a olio. Questa corsa ridotta diminuisce l'energia che il meccanismo deve fornire e consente tempi di intervento rapidi. La specifica capacità di interruzione di un dato interruttore a vuoto dipende dal materiale dei contatti, dalla geometria e dall'integrità del vuoto; la scheda tecnica del produttore e il certificato di collaudo di fabbrica sono i riferimenti autorevoli per qualsiasi prodotto specifico e nessuna dichiarazione di prestazione dovrebbe essere accettata senza di essi.
Il meccanismo di azionamento immagazzina energia sufficiente per azionare il contatto mobile lungo tutta la sua corsa di apertura in millisecondi, prima che l'arco elettrico possa depositare una quantità significativa di energia termica sui componenti dell'interruttore. I modelli a molla, che utilizzano una singola molla ad energia immagazzinata o molle di chiusura e apertura indipendenti, sono la configurazione più comune a media tensione. Sono disponibili anche modelli con attuatore magnetico, basati su una bobina elettromagnetica bistabile, che offrono un numero inferiore di parti mobili. Entrambi i tipi accettano un motore elettrico che ricarica automaticamente la molla dopo ogni operazione, riportando il meccanismo allo stato di pronto senza intervento manuale.
Il meccanismo è accoppiato al contatto mobile tramite un'asta di azionamento isolante che attraversa il confine ad alta tensione del gruppo del polo dell'interruttore. L'asta isolante deve mantenere le distanze di isolamento e di dispersione superficiale nominali per la classe di tensione dell'impianto. Le sue condizioni materiali e l'integrità dimensionale sono elementi di ispezione definiti nel programma di manutenzione del produttore e devono essere verificate agli intervalli specificati dal programma stesso, senza mai considerarle accettabili basandosi unicamente sull'età anagrafica.
FIG-02: Sezione trasversale illustrativa di un polo di un interruttore automatico a vuoto, che mostra l'involucro sigillato dell'interruttore a vuoto, lo stelo del contatto mobile, l'asta di azionamento isolante e il gruppo del meccanismo a molla.
Un interruttore automatico di tensione (VCB) risponde ai comandi di apertura e chiusura emessi da una logica di controllo esterna. La principale fonte di comandi di apertura automatica è il relè di protezione, un dispositivo numerico programmato con funzioni di protezione da sovracorrente (funzione ANSI 50/51), guasto a terra (ANSI 50N/51N) o altre funzioni definite nello studio di coordinamento della protezione del progetto. Il relè valuta i segnali del trasformatore di corrente rispetto alle impostazioni di intervento e alle curve di ritardo configurate, quindi emette un segnale di apertura alla bobina di sgancio dell'interruttore quando viene superata una soglia definita. Il meccanismo dell'interruttore reagisce rilasciando l'energia immagazzinata nella molla e aprendo i contatti.
Questo percorso di intervento comandato da relè è la distinzione funzionale che posiziona un VCB al di sopra di un interruttore di interruzione del carico nella configurazione di protezione. XIYA POWER interruttore di media tensione La gamma è progettata per interfacciarsi con relè di protezione numerici tramite circuiti standard di apertura e chiusura delle bobine; la selezione dei relè, il rapporto del trasformatore di corrente e le impostazioni di protezione sono determinati dall'ingegnere di protezione del progetto e non fanno parte della fornitura standard degli interruttori, a meno che non sia esplicitamente indicato nelle specifiche d'ordine.
La tabella seguente riassume le principali differenze funzionali tra i tre tipi di dispositivi descritti in questo articolo. I valori specifici devono essere sempre verificati consultando la relativa scheda tecnica del prodotto.
| Caratteristica | Disconnettere interrurrore | Interruttore di interruzione del carico | Interruttore di vuoto |
|---|---|---|---|
| Interruzione del servizio | Commutazione solo in assenza di alimentazione | Corrente di carico al livello LBS nominale | Corrente di guasto totale alla capacità di interruzione nominale |
| Interfaccia di viaggio automatica | Nona | Nessuno nei modelli standard | Bobina di intervento del relè di protezione |
| Lacuna di isolamento visibile | In genere fornito | Dipende dal design del prodotto | Non è standard; richiede un isolatore separato |
| Metodo di azionamento | In genere manuale | Manuale o motorizzato | Meccanismo a molla azionato da un motore |
| Applicazione primaria | Isolamento sicuro per l'accesso di manutenzione | Sezionamento e trasferimento del carico | Protezione dai guasti e commutazione automatica |
| Norma di riferimento per le prove di tipo | Standard specifico del prodotto | Standard specifico del prodotto | IEC 62271-100 |
Molte configurazioni VCB utilizzano moduli per camion estraibili progettati per accoppiarsi con un armadio elettrico completoLa disposizione generale approvata definisce i gruppi di poli, il meccanismo, i contatti primari, il connettore secondario, gli otturatori, i dispositivi di interblocco, le interfacce dei cavi e qualsiasi posizione collegata, di prova o isolata. Questi dettagli non devono essere dedotti dalla sola etichetta VCB.
Prima di finalizzare l'acquisto, è necessario verificare la compatibilità dimensionale ed elettrica tra un autocarro interruttore e un armadio elettrico confrontando i disegni delle apparecchiature. Un autocarro interruttore costruito secondo gli standard dimensionali di un produttore non è automaticamente compatibile con un armadio elettrico costruito secondo uno standard diverso, anche se i valori nominali di tensione e corrente sembrano simili. Il cablaggio delle prese secondarie, che trasporta i circuiti delle bobine di apertura e chiusura, i segnali dei contatti ausiliari e, in alcune configurazioni, i conduttori secondari dei trasformatori di corrente, deve corrispondere alla piedinatura definita negli schemi elettrici forniti dal produttore dell'armadio.
Le prestazioni di interruzione di un VCB installato in un quadro elettrico sono limitate dai suoi dati nominali approvati e dalle condizioni di progetto. Gli standard e le edizioni applicabili degli interruttori automatici devono essere confermati tramite il Negozio online IECle specifiche del progetto e i documenti di prodotto approvati. Qualsiasi conclusione di conformità o capacità deve basarsi sulle prove richieste dal pacchetto di approvazione del progetto.
FIG-03: Schema illustrativo che mostra l'interfaccia tra il carrello VCB, il relè di protezione, il cablaggio della spina secondaria e le posizioni di interblocco dell'otturatore del quadro elettrico durante il movimento di smontaggio.
L'accettazione deve basarsi sulle specifiche di progetto, sui disegni e le impostazioni approvati, sui manuali del produttore e sui verbali di ispezione o collaudo richiesti dall'ordine. Queste fonti definiscono le caratteristiche nominali, l'interfaccia di controllo, i limiti di manutenzione, le verifiche di isolamento e qualsiasi documentazione di collaudo applicabile alla configurazione fornita.
Questi quattro documenti, considerati congiuntamente, attestano che l'interruttore installato corrisponde alla potenza nominale specificata, è stato testato ai livelli richiesti e presenta impostazioni di protezione conformi allo studio di coordinamento. Le dichiarazioni verbali o le schede tecniche non sostituiscono i verbali di collaudo firmati quando le specifiche di progetto richiedono una prova formale di messa in servizio.
FIG-04: Pacchetto di documenti esemplificativo per l'acquisto e la revisione di accettazione di VCB, comprendente le specifiche di progetto, il manuale del prodotto OEM, i certificati di collaudo dell'isolamento in fabbrica e in loco e il verbale di collaudo.
La tabella seguente è puramente illustrativa. Tutte le osservazioni devono essere valutate in base al manuale di assistenza del produttore, al verbale di collaudo in loco e alle norme di sicurezza applicabili prima di intraprendere qualsiasi intervento di manutenzione.
| Sintomo | Primo test | Causa probabile | Azione successiva |
|---|---|---|---|
| L'interruttore non si chiude al comando | Misurare la tensione di controllo ai terminali della bobina di chiusura con un voltmetro CC. | Bassa tensione del bus della batteria, fusibile di controllo interrotto o connettore secondario non completamente inserito. | Verificare il livello del bus CC; ispezionare il fusibile; confermare la posizione di carico del camion |
| L'interruttore scatta immediatamente dopo la chiusura | Test di iniezione secondaria sul relè di protezione utilizzando un set di prova per relè calibrato. | Impostazione del relè al di sotto della corrente di carico o inversione di polarità del trasformatore di corrente | Esaminare il file delle impostazioni del relè con l'ingegnere della protezione prima di riattivare l'alimentazione. |
| lettura della resistenza di contatto superiore al valore di riferimento stabilito | Misura della resistenza di contatto mediante micro-ohmmetro calibrato alla corrente di prova nominale | Erosione della superficie di contatto, pellicola di ossido o disallineamento meccanico | Confrontare con il limite pubblicato dal produttore; consultare il manuale di servizio prima di decidere la sostituzione del contatto |
| Il motore a molla funziona continuamente ma il meccanismo non raggiunge lo stato di carica | Estrarre, diseccitare e ispezionare la posizione del finecorsa e le condizioni dell'accoppiatore del motore. | Regolazione errata del finecorsa o guasto dell'accoppiatore meccanico | Regolare o sostituire secondo le istruzioni di assistenza del produttore; registrare nel registro di manutenzione. |
| Indicazione di scarico parziale dal sistema di monitoraggio installato | Misurazione programmata della differenza di potenziale (PD) in condizioni di alimentazione elettrica secondo il protocollo del sito. | Contaminazione sulle superfici isolanti, inizio della formazione di tracce superficiali o degrado dell'involucro sottovuoto | Eseguire il test di resistenza di isolamento; disattivare l'interruttore; consultare il produttore prima di riattivarlo. |
Gli ingegneri responsabili della specifica devono confermare i seguenti parametri al momento della preparazione di una richiesta di offerta. I parametri non inclusi nella richiesta di offerta saranno considerati come opzione di prodotto standard del produttore originale (OEM), che potrebbe non soddisfare i requisiti del progetto.
| Categoria di parametro | Dati richiesti per la richiesta di offerta (RFQ). | Documento di origine |
|---|---|---|
| Classe di tensione del sistema | Tensione massima nominale (kV), tensione nominale di tenuta alla frequenza industriale (kV rms), tensione nominale di tenuta all'impulso di fulmine (kV picco) | Specifiche del progetto |
| Corrente continua | Corrente nominale normale (A) alla temperatura ambiente di progetto | Studio del flusso di carico |
| Valutazione del cortocircuito | Corrente nominale di interruzione di cortocircuito (kA rms simmetrica) e corrente nominale di tenuta di breve durata | Studio del livello di guasto del sistema |
| Frequenza di funzionamento | 50 Hz o 60 Hz | Specifiche del progetto |
| Voltaggio di controllo | Classe di tensione del bus CC (V) e banda di tolleranza accettabile per le bobine di intervento e di chiusura | Documenti di progettazione delle batterie di stazione |
| Classe di resistenza meccanica | Classe M1 o M2 secondo la norma di prodotto applicabile | Specifiche del progetto |
| Interfaccia armadio | Standard dimensionale del camion, geometria dello stabilizzatore della barra collettiva, tipo di connettore della spina secondaria e assegnazione dei pin | Schema di disposizione generale di un quadro elettrico. |
| Compatibilità del relè di protezione | Modello del relè, tensione della bobina di intervento, tensione della bobina di chiusura, rapporto del trasformatore di corrente e requisiti di carico | Pacchetto di progettazione per la protezione |
| Contatti ausiliari | Quantità e tipo (NO/NC) richiesti per l'interblocco, l'indicazione di posizione e il monitoraggio remoto. | Disegno di controllo e interblocco |
| Condizioni ambientali e del sito | Altitudine di installazione, intervallo di temperatura ambiente, interno o esterno, zona sismica, classificazione dell'umidità | Scheda tecnica del sito |
Un interruttore automatico a vuoto protegge un circuito di media tensione interrompendo automaticamente la corrente quando il relè di protezione collegato rileva una condizione anomala, tipicamente una sovracorrente o un guasto a terra, che supera la soglia configurata. Il relè valuta i segnali del trasformatore di corrente rispetto alle sue impostazioni di intervento e ritardo, quindi emette un segnale di intervento. Il meccanismo dell'interruttore interviene entro il suo tempo di intervento nominale e l'interruttore a vuoto estingue l'arco al successivo valore di corrente pari a zero. Le tipologie di guasto specifiche gestite sono determinate dalle funzioni del relè configurate nello studio di coordinamento della protezione, non dall'hardware dell'interruttore in sé.
Un interruttore automatico a vuoto aperto non fornisce un'apertura visibile e fisicamente verificabile come fa un dispositivo di sezionamento dedicato. Le norme di sicurezza che regolano i lavori in media tensione richiedono un'apertura visibile o verificata in modo certo – e in genere un blocco meccanico – prima che al personale sia consentito lavorare sui conduttori diseccitati a valle. Un interruttore automatico a vuoto può anche richiudersi a causa di una logica di richiusura automatica o di un'azionamento involontario del circuito di controllo, mentre un sezionatore bloccato in posizione aperta fornisce una barriera meccanica contro la rieccitazione. Per le funzioni di sezionamento, è necessario utilizzare un sezionatore con la corretta classificazione e documentazione; le specifiche di progetto e la documentazione del produttore determinano se un determinato dispositivo è idoneo a tale scopo.
La norma IEC 62271-100 specifica le caratteristiche nominali, le classificazioni e le sequenze di prova di tipo, comprese le prove di capacità di apertura e chiusura, le prove di resistenza a breve termine e le prove di resistenza meccanica, che gli interruttori automatici in corrente alternata devono superare per dimostrare le loro prestazioni nominali in condizioni di laboratorio riconosciute. Un interruttore fornito con certificati di prova di tipo validi rilasciati secondo questa norma è stato testato presso un impianto qualificato per interrompere la sua corrente di guasto nominale attraverso le sequenze prescritte dalla norma. La conferma che l'edizione citata nei certificati di prova corrisponda all'edizione richiesta dalle specifiche di progetto è una fase di routine nella revisione degli acquisti e non deve essere rimandata fino all'arrivo dell'apparecchiatura in cantiere.
Il monitoraggio della durata operativa deve seguire i dati approvati dell'interruttore e le istruzioni di manutenzione del produttore. Qualora l'interruttore selezionato registri il numero di operazioni, le operazioni di guasto, l'usura dei contatti o i limiti di manutenzione, tali registrazioni devono essere esaminate nell'ambito del programma di manutenzione del proprietario anziché essere convertite in un intervallo universale.
Una richiesta di specifiche completa dovrebbe includere la classe di tensione e il livello di isolamento del sistema, la corrente di carico continua massima, il livello di guasto disponibile nel punto di installazione, la tensione del bus di controllo e i dettagli della batteria di stazione, le dimensioni e lo standard di interblocco del quadro elettrico, il modello del relè di protezione previsto per l'applicazione e qualsiasi requisito ambientale o sismico specifico applicabile al sito. Questi parametri sono elencati nella tabella di input della richiesta di offerta (RFQ) sopra riportata. Fornire dati completi in fase di richiesta consente al team di ingegneri di XIYA POWER di confermare la compatibilità del prodotto e identificare eventuali discrepanze tra la gamma di prodotti standard e i requisiti del progetto prima che l'apparecchiatura venga ordinata e si verifichino tempi di consegna.
