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Tre dispositivi dominano gli schemi di protezione della distribuzione, ma i loro limiti funzionali causano persistenti errori di specifica. Gli interruttori interrompono la corrente di guasto su comando, ma non hanno un processo decisionale autonomo. I richiuditori rilevano i guasti, interrompono la corrente e ripristinano automaticamente il servizio. I sezionatori non sono in grado di interrompere la corrente di guasto, ma contano le operazioni a monte e si aprono solo durante gli intervalli di diseccitazione. La comprensione di queste distinzioni previene i guasti di coordinamento, i danni alle apparecchiature e gli inutili ritardi nell'approvvigionamento delle reti di media tensione.
Il richiuditore vs interruttore vs sezionatore Il confronto si basa su tre domande: Il dispositivo è in grado di interrompere la corrente di guasto? Rileva i guasti in modo indipendente? Si richiude automaticamente?
Interruttori automatici funzionano come dispositivo fondamentale di interruzione dei guasti. Quando la corrente di guasto supera la soglia di prelievo, tipicamente 400-1.200 A per gli interruttori di distribuzione a media tensione, i relè di protezione comandano la separazione dei contatti. Il meccanismo di interruzione, sia esso a vuoto o SF₆, deve estinguere gli archi entro 3-5 cicli (50-83 ms a 60 Hz). Secondo la norma IEEE C37.04, gli interruttori sono progettati per un numero specifico di interruzioni della corrente di guasto, in genere 10.000 operazioni meccaniche e 30 interruzioni di guasto a pieno regime prima di richiedere la manutenzione. Gli interruttori fungono da “ultima linea di difesa”: scattano una volta e richiedono la richiusura manuale o tramite SCADA.
Reclutatori aggiungono un'intelligenza automatica per la cancellazione dei guasti. Questi dispositivi eseguono una sequenza programmabile: scattano al rilevamento del guasto, attendono un tempo morto preimpostato (in genere 0,5-2 secondi), quindi si richiudono automaticamente. Se il guasto persiste, il richiuditore ripete questa sequenza - in genere 3-4 tentativi prima di bloccarsi. La norma IEC 62271-111 regola le prestazioni dei richiuditori, richiedendo una capacità di interruzione fino a 16 kA e sequenze di funzionamento come 1-veloce, 3-ritardata. L'esperienza sul campo dimostra che il 70-80% dei guasti sulle linee aeree sono transitori (contatti con alberi, fulmini), rendendo i richiuditori essenziali per ridurre le interruzioni prolungate.
Sezionatori Si differenziano fondamentalmente perché non possono interrompere la corrente di guasto. Contano invece le operazioni dei dispositivi di protezione a monte durante le condizioni di guasto. Dopo aver rilevato un numero prestabilito di interventi a monte (in genere 1-3 conteggi), i sezionatori si aprono durante il tempo morto, ovvero la finestra a corrente zero in cui il richiuditore o l'interruttore a monte è aperto. Questo coordinamento richiede tempi di apertura dei sezionatori inferiori a 200 ms per completare l'isolamento prima che si verifichi la richiusura.
Questa gerarchia operativa consente di coordinare la protezione in modo conveniente, con ogni dispositivo ottimizzato per la sua funzione specifica nella sequenza di eliminazione dei guasti.
[Expert Insight: Realtà del coordinamento sul campo].
- Le impostazioni del conteggio del sezionatore devono essere sempre inferiori di almeno un conteggio rispetto all'impostazione di blocco del richiuditore a monte (ad esempio, 2 conteggi per un richiuditore a 3 colpi).
- Intervalli di tempo morto inferiori a 500 ms causano spesso un cattivo funzionamento del sezionatore in climi umidi, dove i meccanismi di contatto rispondono più lentamente.
- Le installazioni di fornitori misti richiedono studi di coordinamento che tengano conto delle variazioni di tolleranza di temporizzazione di ±10%.
La fisica di base che separa questi tre dispositivi ne determina i confini applicativi.
Interruttori automatici: Estinzione dell'arco ad alta energia
Gli interruttori utilizzano mezzi di interruzione dell'arco dedicati - vuoto, SF₆ o olio - per estinguere gli archi di corrente di guasto. In interruttori in vuoto per alimentatori di sottostazione, i contatti si separano all'interno di camere che mantengono una pressione inferiore a 10-⁴ Pa, consentendo l'estinzione dell'arco attraverso la diffusione del vapore metallico. Gli interruttori di media tensione interrompono tipicamente correnti di guasto fino a 40 kA a tensioni nominali di 12-36 kV. Secondo la norma IEC 62271-100, sezione 4.102, gli interruttori devono dimostrare di possedere una specifica capacità di interruzione dei cortocircuiti e una corrente nominale di breve durata. [VERIFICARE LA NORMA: verificare la clausola 4.102 della norma IEC 62271-100 per i requisiti di capacità di interruzione].
Richiuditori: Logica di interruzione e richiusura integrata
I richiuditori combinano l'hardware di interruzione dell'arco con sequenze di richiusura automatica programmabili. Il dispositivo rileva le condizioni di sovracorrente, interviene per interrompere la corrente di guasto e si richiude automaticamente dopo intervalli di tempo prestabiliti. I moderni richiuditori utilizzano interruttori in vuoto o SF₆ con capacità di interruzione di 12-25 kA a tensioni di distribuzione di 15-38 kV.
I richiuditori sono tipicamente caratterizzati da valori di interruzione di 8-16 kA a tensioni comprese tra 15 kV e 38 kV, con spazi tra i contatti di 10-20 mm nei modelli di interruttori sotto vuoto.
La distinzione fondamentale è l'intelligenza di controllo incorporata: i richiuditori eseguono fino a quattro cicli di sgancio-chiusura prima del blocco, affrontando la maggior parte dei guasti di distribuzione che sono di natura temporanea.
Sezionatori: Solo commutazione a corrente zero
I sezionatori rappresentano una filosofia di progettazione fondamentalmente diversa: non possiedono alcuna capacità di interruzione dell'arco. Questi dispositivi funzionano come interruttori di conteggio che si aprono solo durante le finestre a corrente zero create dalle operazioni di richiusura a monte. Poiché non richiedono alcuna camera di interruzione dell'arco, i sezionatori costano 40-60% meno dei richiuditori equivalenti.
Quando si verifica un guasto su un alimentatore di distribuzione, l'interruttore della sottostazione a monte e il richiuditore a valle devono funzionare in sequenza senza intervenire simultaneamente. In genere, il richiuditore interviene per primo con una curva veloce (0,05-0,1 secondi) per eliminare i guasti temporanei, mentre l'interruttore della sottostazione funge da backup con ritardi di 0,3-0,5 secondi.
Secondo lo standard IEEE C37.60, i richiuditori devono coordinarsi con gli interruttori a monte attraverso una separazione della caratteristica tempo-corrente (TCC) di almeno 0,2 secondi sull'intero intervallo di corrente di guasto. Questo margine tiene conto delle tolleranze di tempo di funzionamento degli interruttori di ±10%.
Il sezionatore conta gli impulsi di corrente di guasto (in genere soglia ≥400 A) durante le operazioni di richiusura. Dopo un conteggio predefinito (in genere 1-3 conteggi), il sezionatore si apre durante l'intervallo di tempo morto tra le operazioni di richiusura, in genere 1-2 secondi. Questo isolamento coordinato avviene senza che il sezionatore interrompa la corrente di guasto, poiché il suo valore nominale di interruzione è di 0 kA.
Sequenza di coordinamento durante un guasto permanente
Si consideri un alimentatore di distribuzione a 15 kV con un interruttore di sottostazione, un richiuditore a metà linea e un sezionatore a valle. Quando un guasto permanente assorbe 2.500 A:
Questa sequenza garantisce una portata minima delle interruzioni, consentendo al contempo il ripristino automatico delle sezioni di alimentazione sane.
La scelta del giusto dispositivo di protezione richiede una valutazione sistematica piuttosto che una specifica basata sull'abitudine. Questo schema affronta i parametri di selezione più comuni.
Fase 1: valutare la frequenza e il tipo di guasto
I circuiti di distribuzione che presentano più di 5 guasti temporanei all'anno giustificano in genere l'installazione di richiuditori automatici. I circuiti con guasti prevalentemente permanenti, come le reti di cavi sotterranei o gli impianti industriali interni, preferiscono gli interruttori automatici abbinati a relè di protezione dedicati. I sezionatori sono adatti alle derivazioni radiali a valle dei richiuditori, dove l'80-90% dei guasti si elimina durante le operazioni del dispositivo a monte.
Fase 2: valutare i requisiti di capacità di interruzione
| Tipo di dispositivo | Capacità di interruzione tipica | Zona di applicazione |
|---|---|---|
| Richiuditore di distribuzione | 8-16 kA simmetrici | Alimentatori rurali/suburbani |
| Interruttore di media tensione | 20-50 kA simmetrici | Sottostazioni, impianti industriali |
| Sezionatore | 0 kA (nessuna capacità di interruzione) | Punti di isolamento a valle |
Fase 3: Considerare la complessità del coordinamento
Per le reti che richiedono il coordinamento tra 3+ dispositivi di protezione, le combinazioni interruttore-relè offrono una flessibilità superiore grazie alle caratteristiche tempo-corrente regolabili. I relè forniscono un coordinamento adeguato per le configurazioni radiali più semplici. Per una guida sugli ambienti di installazione degli interruttori, vedere questo documento Guida alla selezione dei VCB.
Fase 4: verifica del costo totale di proprietà
Oltre all'acquisto iniziale, valutare gli intervalli di manutenzione e i requisiti operativi. I richiuditori richiedono in genere un'ispezione ogni 3-5 anni in condizioni di servizio normali, mentre gli interruttori sottovuoto possono raggiungere intervalli di 10 anni secondo le linee guida per la manutenzione IEC 62271-100.
[Approfondimento degli esperti: bandiere rosse per le specifiche].
- Non specificare mai un sezionatore senza confermare la capacità di richiusura a monte: ciò provoca guasti catastrofici quando il dispositivo tenta di aprirsi in presenza di corrente di guasto.
- I poteri di interruzione dei richiami (8-16 kA) possono essere insufficienti per le ubicazioni entro 2 km dalle sottostazioni in cui le correnti di guasto superano i 20 kA.
- Le discrepanze del protocollo di comunicazione tra i dispositivi DNP3 e IEC 61850 creano ritardi di integrazione di 50-80 ms che possono influire sulla precisione del coordinamento.
I fallimenti del coordinamento della protezione spesso derivano da incomprensioni di fondo piuttosto che da impostazioni errate.
Errore #1: Sezionatore senza dispositivo di richiusura a monte
Questo errore di specifica causa la distruzione dell'apparecchiatura. Se nessun dispositivo a monte fornisce una capacità di richiusura, il sezionatore non vede mai intervalli di tempo morto. Quando scorre la corrente di guasto, il sezionatore tenta di aprirsi sotto carico, i contatti si saldano o il dispositivo si guasta in modo esplosivo. Verifica prima dell'installazione: verificare che il richiuditore o l'interruttore a monte abbia uno schema di richiusura attivo con tempo morto superiore a 200 ms.
Errore #2: aspettarsi la richiusura automatica dagli interruttori standard
Gli interruttori senza un relè di richiusura dedicato restano aperti dopo l'intervento. Ogni guasto transitorio provoca un'interruzione prolungata fino all'intervento manuale. Per gli alimentatori che richiedono un ripristino autonomo, aggiungere un relè di richiusura allo schema degli interruttori o sostituirlo con un richiuditore integrato.
Errore #3: Miscoordinazione della curva tempo-corrente
Quando la curva di funzionamento del richiuditore si sovrappone o supera la curva dell'interruttore a monte, l'interruttore scatta per primo, disalimentando l'intero alimentatore anziché solo la zona interessata dal guasto. Soluzione: tracciare le curve di coordinamento per tutti i dispositivi in serie, mantenendo margini di 0,2-0,3 secondi alla massima corrente di guasto.
Errore #4: Confusione tra sezionatori e interruttori di interruzione del carico
Gli interruttori di interruzione del carico interrompono la corrente di carico (tipicamente fino a 600 A) ma non possono interrompere la corrente di guasto. I sezionatori si aprono solo in condizioni di corrente nulla. Alcuni sezionatori moderni includono la capacità di interruzione del carico; verificare sempre i valori nominali della scheda tecnica prima di ipotizzarne la funzionalità. Affidabile componenti per quadri elettrici richiedono una precisa corrispondenza delle specifiche.
L'integrazione delle reti intelligenti sta trasformando le modalità di comunicazione e coordinamento di richiuditori, interruttori e sezionatori. Il coordinamento tradizionale si basava su sezionatori a rilevamento di corrente sequenziali che contavano le operazioni dei richiuditori a monte in base alle misure di corrente locali. Le moderne implementazioni utilizzano la messaggistica IEC 61850 GOOSE, che consente la comunicazione peer-to-peer tra i dispositivi con una latenza di 4 ms. Ciò consente ai sezionatori di ricevere comandi di intervento diretti anziché dedurre le operazioni del richiuditore.
Secondo la norma IEEE 1547-2018, gli standard di interconnessione delle risorse energetiche distribuite richiedono ora che i dispositivi di protezione siano in grado di gestire correnti di guasto bidirezionali fino a 10 kA da impianti solari e batterie. Ciò mette in discussione gli schemi di coordinamento convenzionali, in cui i richiuditori presupponevano un flusso di corrente di guasto unidirezionale.
I sezionatori beneficiano in modo significativo dell'integrazione delle smart grid: le unità moderne ricevono lo stato del recloser direttamente tramite comunicazione, anziché dedurlo dagli impulsi di corrente. In questo modo si eliminano gli errori di conteggio causati dalla saturazione del trasformatore di corrente in caso di guasti di elevata entità, superiori a 8 kA simmetrici.
XBRELE produce interruttori in vuoto e componenti per quadri elettrici al servizio di operatori di reti di distribuzione e OEM di apparecchiature in oltre 35 paesi. I nostri interruttori in vuoto e i gruppi di poli incorporati si integrano nelle piattaforme di richiusura e nei sistemi di commutazione che richiedono un'interruzione affidabile dei guasti a 12-40,5 kV.
Dai VCB per interni per gli alimentatori delle sottostazioni alle sostituzioni di interruttori a vuoto per la ristrutturazione dei richiuditori, il nostro team di ingegneri supporta le specifiche fino alla messa in servizio. Contattate il nostro produttore di interruttori automatici sottovuoto squadra o esplorare soluzioni di componenti per quadri elettrici per il vostro prossimo progetto di protezione della distribuzione.
Cosa determina la necessità di un richiuditore o di un interruttore automatico?
I fattori principali sono l'entità della corrente di guasto e i requisiti di automazione. Gli interruttori automatici sono adatti alle reti di distribuzione con correnti di guasto inferiori a 16 kA, dove il ripristino automatico riduce la durata dell'interruzione. Gli interruttori automatici gestiscono carichi di guasto più elevati (20-50 kA) e offrono una maggiore flessibilità di coordinamento dei relè per schemi di protezione complessi.
È possibile utilizzare un sezionatore senza un richiuditore a monte?
I sezionatori richiedono un dispositivo a monte con capacità di richiusura automatica per creare gli intervalli di tempo morto durante i quali si aprono. L'installazione di un sezionatore senza la capacità di richiusura a monte fa sì che il dispositivo tenti di interrompere la corrente di guasto, causando un guasto catastrofico.
Quanti tentativi di richiusura fa un richiuditore tipico prima di bloccarsi?
La maggior parte dei richiuditori è configurata per 3-4 operazioni, comunemente programmate come 2 interventi rapidi (0,05-0,1 secondi) seguiti da 1-2 interventi ritardati (0,3-1,0 secondi). La sequenza esatta dipende dai requisiti di coordinamento con i dispositivi a monte e a valle.
Perché un sezionatore non riesce a isolare una sezione guasta?
Le cause più comuni sono un tempo morto insufficiente del richiuditore a monte (inferiore a 200 ms), impostazioni di conteggio che superano i tentativi di blocco del dispositivo a monte o la saturazione del trasformatore di corrente che impedisce un rilevamento accurato del guasto. Anche i difetti di comunicazione nelle installazioni di smart grid possono impedire il corretto coordinamento.
Quali intervalli di manutenzione si applicano a questi tre tipi di dispositivi?
I richiami richiedono in genere un'ispezione ogni 3-5 anni, con la sostituzione dell'interruttore a vuoto dopo 10.000-30.000 operazioni di guasto, a seconda dell'entità della corrente interrotta. Gli interruttori automatici possono funzionare per oltre 10 anni tra una manutenzione importante e l'altra in ambienti puliti. I sezionatori richiedono un'ispezione annuale dei meccanismi di conteggio e una valutazione delle condizioni dei contatti.
I richiuditori e gli interruttori di produttori diversi possono coordinarsi correttamente?
Sì, a condizione che le caratteristiche tempo-corrente mantengano margini di coordinamento minimi di 0,2 secondi nell'intervallo di corrente di guasto previsto. Le installazioni di fornitori misti richiedono studi di coordinamento che tengano conto delle tolleranze di fabbricazione di ±10% sui tempi di funzionamento. Per le applicazioni smart grid è necessario verificare anche la compatibilità dei protocolli di comunicazione (DNP3, IEC 61850).
Cosa succede se un richiuditore viene impostato più velocemente dell'interruttore della sottostazione a monte?
L'interruttore della sottostazione può intervenire prima che il richiuditore completi la sua sequenza, disalimentando l'intero alimentatore anziché solo la sezione guasta. Questo errore di coordinamento aumenta la portata dell'interruzione e richiede la regolazione della curva tempo-corrente per ripristinare la corretta selettività.
