Qual è la differenza tra un interruttore automatico ad alta tensione e un sezionatore?

L'interruttore automatico ad alta tensione (o sezionatore ad alta tensione) è la principale apparecchiatura di controllo della potenza della sottostazione. Dotato di caratteristiche di estinzione dell'arco elettrico, durante il normale funzionamento del sistema, è in grado di interrompere e far passare la corrente di linea e di varie apparecchiature elettriche, sia a vuoto che sotto carico. In caso di guasto nel sistema, grazie alla protezione a relè, può interrompere rapidamente la corrente di guasto, impedendo l'estensione dell'incidente.

L'interruttore di sezionamento non è dotato di un dispositivo di estinzione dell'arco elettrico. Sebbene le normative prevedano il suo funzionamento con correnti di carico inferiori a 5 A, generalmente non viene azionato sotto carico. Tuttavia, l'interruttore di sezionamento ha una struttura semplice e il suo stato di funzionamento è immediatamente visibile. È presente un punto di disconnessione ben definito per la manutenzione.

L'interruttore automatico in uso è chiamato "sezionatore", mentre il sezionatore in uso è chiamato "interruttore a coltello"; i due sono spesso utilizzati in combinazione. Le differenze tra l'interruttore automatico ad alta tensione e il sezionatore sono le seguenti:

1) L'interruttore di carico ad alta tensione può interrompersi sotto carico, con funzione di autoestinzione dell'arco, ma la sua capacità di interruzione è molto piccola e limitata.

2) L'interruttore di sezionamento ad alta tensione generalmente non è dotato di interruzione del carico, non ha struttura di copertura dell'arco, esiste anche un interruttore di sezionamento ad alta tensione che può interrompere il carico, ma la struttura è diversa dall'interruttore di carico, relativamente semplice.

3) L'interruttore di carico ad alta tensione e l'interruttore di sezionamento ad alta tensione possono costituire un punto di interruzione evidente. La maggior parte degli interruttori automatici ad alta tensione non ha funzione di isolamento, mentre solo pochi ne sono dotati.

4) L'interruttore di sezionamento ad alta tensione non ha funzione di protezione, la protezione dell'interruttore di carico ad alta tensione è generalmente una protezione con fusibile, solo interruzione rapida e sovracorrente.

5) La capacità di interruzione degli interruttori di alta tensione può essere molto elevata nel processo di produzione. Si basa principalmente sul trasformatore di corrente con apparecchiature secondarie per la protezione. Può avere protezione da cortocircuito, protezione da sovraccarico, protezione da dispersione e altre funzioni.

Classificazione dei meccanismi di azionamento degli interruttori

1. Classificazione del meccanismo di azionamento dell'interruttore

Oggi ci troviamo di fronte a interruttori generalmente suddivisi in base al tipo di fluido utilizzato: a più olio (modelli più vecchi, ormai quasi introvabili), a meno olio (ancora presenti in alcune stazioni di servizio), a SF6, a vuoto, GIS (per apparecchi elettrici combinati) e altri. Tutte queste classificazioni riguardano il fluido di scarica dell'arco elettrico. Per noi, un aspetto secondario ma strettamente correlato è il meccanismo di funzionamento dell'interruttore.

Il tipo di meccanismo può essere suddiviso in meccanismo di azionamento elettromagnetico (relativamente vecchio, generalmente presente negli interruttori automatici a olio o a basso contenuto di olio); meccanismo di azionamento a molla (attualmente il più comune, generalmente presente negli interruttori automatici a SF6, a vuoto e GIS); ABB ha recentemente introdotto un nuovo tipo di attuatore a magnete permanente (come l'interruttore automatico a vuoto VM1).

2. Meccanismo di funzionamento elettromagnetico

Il meccanismo di funzionamento elettromagnetico si basa interamente sull'aspirazione elettromagnetica generata dalla corrente di chiusura che scorre attraverso la bobina di chiusura per chiudere e premere la molla di scatto. Lo scatto si basa principalmente sulla molla di scatto per fornire energia.

Pertanto, la corrente di intervento di questo tipo di meccanismo operativo è bassa, ma la corrente di chiusura è molto elevata, potendo raggiungere istantaneamente oltre 100 ampere.

Ecco perché il sistema CC della sottostazione deve aprire e chiudere il bus per controllarlo. La madre di chiusura fornisce l'alimentazione di chiusura, mentre la madre di controllo fornisce alimentazione al circuito di controllo.

Il bus di chiusura è collegato direttamente al pacco batterie, la tensione di chiusura è la tensione del pacco batterie (generalmente circa 240 V), l'effetto di scarica della batteria viene utilizzato per fornire una corrente elevata in fase di chiusura e la tensione è molto elevata in fase di chiusura. Il bus di controllo è collegato tramite un trasformatore step-down a catena di silicio e un trasformatore madre (generalmente controllato a 220 V), la chiusura non influisce sulla stabilità della tensione del bus di controllo. Poiché la corrente di chiusura del meccanismo di azionamento elettromagnetico è molto elevata, il circuito di chiusura di protezione non passa direttamente attraverso la bobina di chiusura, ma attraverso il contattore di chiusura. Il circuito di sgancio è collegato direttamente alla bobina di sgancio.

La bobina del contattore di chiusura è generalmente di tipo elettrico, con un valore di resistenza elevato (alcuni kΩ). Quando la protezione è coordinata con questo circuito, è necessario prestare attenzione alla chiusura per mantenere l'avvio generale. Tuttavia, questo non rappresenta un problema, poiché il dispositivo di protezione da sovratensione (TBJ) mantiene lo sgancio e può generalmente avviarsi, garantendo così la funzione anti-salto. Questo tipo di meccanismo presenta un tempo di chiusura lungo (120 ms ~ 200 ms) e un tempo di apertura breve (60 ~ 80 ms).

3. Meccanismo di azionamento a molla

Questo tipo di meccanismo è attualmente il più utilizzato; la sua apertura e chiusura dipendono dalla molla che fornisce energia. La bobina di chiusura a scatto fornisce energia solo per estrarre il perno di posizionamento della molla, quindi la corrente di chiusura a scatto non è generalmente elevata. L'energia immagazzinata nella molla viene compressa dal motore di accumulo di energia.

circuito secondario dell'operatore di accumulo di energia della molla

Per il meccanismo di funzionamento elastico, il bus di chiusura fornisce principalmente energia al motore di accumulo di energia e la corrente non è elevata, quindi non c'è molta differenza tra il bus di chiusura e il bus di controllo. La protezione è coordinata con essa, in genere non è necessario prestare particolare attenzione al luogo.

4. Operatore a magnete permanente

L'attuatore a magneti permanenti è un meccanismo applicato da ABB al mercato interno, inizialmente utilizzato nel suo interruttore automatico a vuoto VM1 da 10 kV.

Il suo principio è grosso modo simile al tipo elettromagnetico: l'albero motore è realizzato in materiale magnetico permanente, con un magnete permanente che avvolge la bobina elettromagnetica.

In circostanze normali, la bobina elettromagnetica non è carica quando l'interruttore si apre o si chiude, invertendo la polarità della bobina tramite il principio di attrazione o repulsione magnetica.

Sebbene questa corrente non sia trascurabile, l'interruttore è "immagazzinato" da un condensatore di grande capacità, che viene scaricato per fornire una corrente elevata durante il funzionamento.

I vantaggi di questo meccanismo sono le dimensioni ridotte, il minor numero di parti meccaniche di trasmissione e, di conseguenza, una maggiore affidabilità rispetto al meccanismo a funzionamento elastico.

Insieme al nostro dispositivo di protezione, il nostro circuito di intervento aziona un relè a stato solido ad alta resistenza che richiede un nostro impulso di azionamento.

Pertanto, l'interruttore, il mantenimento del ciclo certamente non può essere avviato, la protezione del salto non verrà avviata (il meccanismo stesso con salto).

Tuttavia, va notato che a causa dell'elevata tensione di funzionamento del relè a stato solido, il negativo TW del progetto convenzionale è collegato al circuito di chiusura, il che non provoca l'azionamento del relè a stato solido, ma potrebbe causare il mancato avvio del relè di posizione a causa di una tensione parziale eccessiva.

1. Cilindro di isolamento superiore (con camera di estinzione dell'arco a vuoto)

2. Abbassare il cilindro di isolamento

3. Maniglia di apertura manuale

4. Telaio (meccanismo di azionamento a magneti permanenti integrato)

Trasformatore di tensione

6. Sotto il filo

7. Trasformatore di corrente

8. Online

Questa situazione riscontrata sul campo, la cui analisi e il cui processo di elaborazione specifici sono descritti in dettaglio nella sezione dedicata al caso di debug di questo documento, sono riportati in dettaglio.

Esistono anche prodotti con meccanismo di funzionamento a magneti permanenti in Cina, ma in passato la qualità non era del tutto all'altezza degli standard. Negli ultimi anni, la qualità è gradualmente migliorata sul mercato. Considerando i costi, i meccanismi a magneti permanenti di produzione nazionale generalmente non utilizzano condensatori e la corrente viene fornita direttamente dal bus di chiusura.

Il nostro meccanismo operativo è azionato da un contattore on-off (generalmente di tipo corrente selezionato), con possibilità di avvio in modalità hold e anti-salto.

5. Tipo FS “switch” e altri

Quanto abbiamo menzionato sopra riguarda gli interruttori automatici (comunemente noti come sezionatori), ma nella costruzione di centrali elettriche potremmo incontrare quelli che gli utenti chiamano interruttori FS. FS è in realtà l'acronimo di load switch + fast fuse (interruttore di carico + fusibile rapido).

Poiché l'interruttore è più costoso, questo circuito FS viene utilizzato per ridurre i costi. La corrente normale viene interrotta dall'interruttore di carico e la corrente di guasto viene interrotta dal fusibile rapido.

Questo tipo di circuito è comune nei sistemi di centrali elettriche a 6 kV. Spesso è necessaria una protezione in combinazione con tale circuito per impedire l'intervento del fusibile o per consentire una rapida interruzione della corrente tramite ritardo quando la corrente di guasto è superiore alla corrente di interruzione ammissibile dell'interruttore di carico. Alcuni utenti delle centrali elettriche potrebbero non voler proteggere un circuito di mantenimento.

A causa della scarsa qualità dell'interruttore, il contatto ausiliario potrebbe non essere presente e, una volta avviato il circuito di mantenimento, questo deve fare affidamento sull'apertura del contatto ausiliario dell'interruttore prima di ritornare, altrimenti la corrente di chiusura di emergenza si sommerà alla bobina di chiusura di emergenza fino a bruciarla.

La bobina di chiusura del salto è progettata per essere alimentata per un breve periodo. Se la corrente viene applicata per un tempo prolungato, si brucia facilmente. Inoltre, è assolutamente necessario un circuito di mantenimento, altrimenti è molto facile bruciare i contatti di protezione.

Naturalmente, se l'utente sul campo insiste, è possibile anche rimuovere il circuito di mantenimento. Generalmente, il metodo più semplice consiste nel tagliare la linea sul circuito stampato che mantiene il contatto normalmente aperto del relè con il connettore femmina di controllo positivo.

Durante la fase di debug, è necessario prestare attenzione al fatto che, se durante l'accensione e lo spegnimento dell'interruttore l'indicatore di posizione è spento (escluso il caso in cui la molla non abbia immagazzinato energia, nel qual caso il pannello visualizza l'allarme di mancata immagazzinazione dell'energia della molla). L'alimentazione di controllo deve essere disattivata immediatamente per evitare di bruciare la bobina dell'interruttore. Questo è un principio fondamentale da tenere a mente sul posto.