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Per gli ingegneri che esaminano uno schema unifilare (SLD) per un progetto di distribuzione secondaria, si presenta una decisione ricorrente: Dove tracciamo la linea di demarcazione tra un interruttore di carico (LBS) e un interruttore a vuoto (VCB)?
Visivamente, spesso appaiono identici su un programma a pannelli, tipicamente affiancati ad altri componenti per quadri elettrici. Tuttavia, un uso improprio in questo caso non è solo un errore semantico, ma un rischio grave. Una specifica eccessiva dei VCB aumenta inutilmente i costi del progetto (spesso del 300%), mentre una specifica insufficiente di un LBS con funzione di eliminazione dei guasti compromette la conformità alle norme di sicurezza e può portare a guasti catastrofici.
La distinzione è fondamentale per la distribuzione a media tensione (MT):
Questo articolo va oltre le definizioni di base per esplorare la realtà ingegneristica dell'SF6 LBS: la sua fisica interna, perché rimane lo standard per le unità principali ad anello (RMU) e come applicarlo correttamente in IEC 62271 standard.
Un Interruttore di carico SF6 è un dispositivo di commutazione meccanico in grado di generare, trasportare e interrompere correnti in condizioni normali del circuito. Fondamentalmente, rigorosamente definito da IEC 62271-103, deve anche essere in grado di produzione in caso di cortocircuito (chiusura su un guasto) in modo sicuro, anche se non può pausa quella colpa.
La terminologia spesso confonde gli ingegneri junior. Chiariamo le tre funzionalità principali:
È fondamentale comprendere i limiti meccanici: Un LBS non può interrompere un cortocircuito. La velocità di contatto e l'energia di spegnimento dell'arco sono insufficienti per gestire i kiloampere di uno scenario di guasto. Il tentativo di aprire un LBS durante un guasto provocherà un surriscaldamento e l'esplosione del quadro elettrico.
Questo è il motivo per cui le unità LBS negli alimentatori dei trasformatori sono sempre abbinate a Fusibili HRC. I fusibili garantiscono l'eliminazione dei guasti, mentre l'interruttore gestisce le operazioni manuali.
Riferimento esterno: Per approfondire le definizioni relative ai quadri elettrici, consultare il IEC Electropedia (Vocabolario elettrotecnico internazionale) per la terminologia standard relativa agli “interruttori-sezionatori”.
Perché continuiamo ad affidarci a Esafluoruro di zolfo (SF6) nonostante l'intenso controllo ambientale? Perché fisicamente è quasi imbattibile come mezzo di interruzione per quadri elettrici compatti rispetto all'aria o all'olio.
L'SF6 è un gas “elettronegativo”. Ciò significa che le sue molecole hanno un'elevata affinità per gli elettroni liberi. Quando si forma un arco (che è essenzialmente un flusso di elettroni), le molecole di SF6 catturano questi elettroni liberi per formare ioni negativi pesanti:
SF6 + e– → SF6–
Questi ioni pesanti sono molto meno mobili degli elettroni liberi, il che riduce drasticamente la conduttività del plasma dell'arco. Questo processo “priva” efficacemente l'arco del suo percorso conduttivo.
L'SF6 ha una proprietà unica: la sua conducibilità termica raggiunge il picco alle temperature di dissociazione dell'arco (circa 2000K-3000K). Ciò gli consente di trasportare il calore lontano dalla zona di contatto in modo molto più efficiente dell'aria. Questo rapido raffreddamento è essenziale per Recupero dielettrico—garantire che quando la corrente alternata raggiunge lo “zero”, lo spazio recuperi la sua forza isolante più rapidamente di quanto la tensione possa aumentare al suo interno (tensione di recupero transitoria).
A differenza dell'olio, che si degrada in morchia carboniosa, o dell'aria, che forma ozono, il gas SF6 si ricombina dopo lo spegnimento dell'arco.
SF6 ↔ S + 6F
Una volta che l'arco si raffredda, gli atomi di zolfo e fluoro si ricombinano formando nuovamente SF6 stabile. Questa proprietà di “autorigenerazione” consente a un LBS sigillato di funzionare per oltre 20 anni senza necessità di ricarica di gas.
Se un Interruttore automatico sottovuoto (VCB) Se sono in grado di gestire sia i carichi che i guasti, perché non utilizzarli universalmente? La risposta sta nella topologia di rete e nell'efficienza della spesa in conto capitale (CAPEX).
La distribuzione secondaria impiega tipicamente una struttura ad anello per garantire la ridondanza. In un'unità principale ad anello (RMU) standard, è possibile trovare una configurazione “CCF”: due interruttori per cavi e un interruttore per fusibili.
Lo spazio è una risorsa preziosa nelle infrastrutture urbane. Un gruppo VCB standard richiede meccanismi di funzionamento ingombranti (motori a molla) e bombole sottovuoto.
Un SF6 LBS sfrutta l'elevata rigidità dielettrica del gas (2,5 volte superiore a quella dell'aria), consentendo di ridurre al minimo le distanze tra le fasi. Ciò consente la realizzazione di strutture compatte. Quadri elettrici isolati a gas (GIS) che possono essere installati all'interno di sottostazioni su marciapiedi stretti o torri di turbine eoliche, luoghi in cui i tradizionali quadri elettrici isolati ad aria semplicemente non potrebbero essere installati.
In che modo l'interruttore elimina effettivamente l'arco? Non si tratta solo di aprire i contatti, ma anche della fluidodinamica all'interno del serbatoio del gas.
Questo è il design meccanico più comune per l'interruzione del carico.
Utilizzato in applicazioni più pesanti o marche specifiche (come le gamme precedenti di Schneider Electric), questo metodo sfrutta l'energia dell'arco stesso.
Le moderne norme di sicurezza (IEC 62271-200) hanno effettivamente reso obbligatorio il Sezionatore a tre posizioni nei quadri elettrici isolati a gas. Questo sostituisce il vecchio approccio che prevedeva l'uso di interruttori separati per l'isolamento e la messa a terra, che si basava in larga misura su complessi interblocchi a chiave per prevenire errori.
Le tre posizioni sono integrate meccanicamente in un unico albero o in un gruppo interbloccato:
Il blocco meccanico rende fisicamente impossibile passare da ON direttamente a TERRA. Devi passare attraverso OFF. Questa sicurezza intrinseca previene il rischio di “errore umano” consistente nel mettere a terra una linea sotto tensione, che è una delle principali cause di incidenti elettrici nei quadri elettrici più vecchi.
Componente correlato: Per specifiche dettagliate sulla messa a terra di sicurezza, consultare il nostro Interruttori di messa a terra HV per interni (serie JN15) che spesso sono integrati nelle versioni con isolamento ad aria di questi pannelli.
Uno degli aspetti tecnicamente più interessanti dell'LBS è il modo in cui imita un interruttore automatico quando è abbinato ai fusibili. Ciò è regolato da IEC 62271-105.
In una “combinazione interruttore-fusibile”, il meccanismo LBS non è solo manuale, ma dispone anche di una molla di apertura ad energia accumulata che può essere azionata a distanza.
Sequenza operativa:
Perché è così importante? Se solo un fusibile fosse bruciato e l'interruttore fosse rimasto chiuso, il motore o il trasformatore funzionerebbero su due fasi (“monofase”), causando surriscaldamento e guasti. Il collegamento del percussore assicura che il funzionamento del fusibile comporti un isolamento completo.
Per un produttore di interruttori automatici sottovuoto, il VCB è il prodotto di punta. Ma per un progettista di reti, è uno strumento specifico per un problema specifico.
| Parametro | Interruttore di carico SF6 (LBS) | Interruttore automatico sottovuoto (VCB) |
|---|---|---|
| Funzione principale | Gestione del carico e isolamento | Interruzione e protezione dei guasti |
| Eliminazione dei guasti | No (È necessario utilizzare fusibili HRC) | Sì (Fino a 40 kA+) |
| Cambiare vita | Moderato (Classe IEC E3, ~100 operazioni a pieno carico) | Elevata (Classe IEC E2/C2, ~10.000 operazioni a pieno carico) |
| Complessità di controllo | Semplice (meccanismo a molla) | Complesso (relè, TA, alimentazione ausiliaria) |
| Base di costo | Basso (Costo base) | Elevato (3-4 volte il costo in libbre) |
| Ruolo tipico | Cavi ad anello RMU, sezionamento manuale | Alimentatori principali, generatori critici |
L'SF6 è un potente gas serra (GWP pari a 23.500). Le nuove normative (come il regolamento UE sui gas fluorurati) stanno spingendo verso l'eliminazione graduale dell'SF6 nei quadri elettrici a media tensione. Le alternative:
Mentre il settore è in fase di transizione, l'SF6 rimane dominante nelle infrastrutture esistenti e nei mercati in cui le dimensioni compatte rappresentano il vincolo principale.
D1: Posso utilizzare un SF6 LBS se la pressione del gas è bassa? Assolutamente no. La capacità di spegnimento dell'arco dipende dalla densità del gas. Se il manometro indica una pressione bassa (di solito una zona rossa), gli interblocchi meccanici dovrebbero impedire il funzionamento. Forzare il funzionamento in questo stato può causare un flashover e la rottura del serbatoio.
Q2: Come posso testare un sistema SF6 LBS installato? A differenza dei VCB, non è possibile testare facilmente la resistenza di contatto di un'unità sigillata. La manutenzione comprende principalmente:
Q3: Un LBS può interrompere la corrente di un banco di condensatori? Le unità LBS standard hanno difficoltà con le correnti capacitive (linee o banchi di condensatori) a causa dei rischi di riacceso. È necessario specificare un interruttore testato per IEC 62271-103 Classe C1 o C2 se si intende sostituire frequentemente cavi scarichi o banchi di condensatori.
Il Interruttore di carico SF6 rimane la spina dorsale della distribuzione secondaria non perché sia il dispositivo più potente, ma perché è quello più appropriato. Offre il giusto equilibrio tra sicurezza, compattezza e costo per la stragrande maggioranza dei nodi di commutazione in una rete.
Una progettazione di rete di successo si basa sull'uso di VCB per proteggere le risorse pesanti e di unità LBS per gestire il flusso. Confondere le due cose porta a budget gonfiati o a compromissioni della sicurezza.
Una guida tecnica approfondita che esplora le proprietà di isolamento del gas SF6, i meccanismi di estinzione dell'arco e un confronto critico tra LBS e VCB per le reti a media tensione.
Scarica la guida SF6 LBS
