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I circuiti primari degli interruttori automatici trasportano correnti di carico e di guasto. I circuiti secondari controllano quando avvengono tali operazioni. I contatti principali di un interruttore automatico sottovuoto potrebbero resistere perfettamente a una corrente di cortocircuito di 25 kA, ma l'installazione non supera la messa in servizio perché il cablaggio di controllo introduce interruzioni indesiderate, consente pericolose chiusure simultanee o permette il pompaggio del motore che distrugge il meccanismo.
La progettazione del circuito secondario separa i quadri elettrici progettati correttamente dai guasti sul campo che potrebbero verificarsi. La differenza è evidente nei dettagli della logica di controllo: supervisione della bobina di sgancio, posizionamento del relè anti-pompaggio, verifica dell'interblocco meccanico e sequenza dei contatti ausiliari.
Questa guida analizza i circuiti secondari dei VCB dal punto di vista ingegneristico del produttore. Capirai perché esistono determinati elementi del circuito, come prevengono le modalità di guasto più comuni e cosa verificare durante i test di accettazione in fabbrica e la messa in servizio in loco.
I circuiti primari in un VCB conducono la corrente dal lato linea al lato carico attraverso i contatti dell'interruttore a vuoto. I circuiti secondari comandano l'apertura o la chiusura di tali contatti, impediscono il funzionamento improprio e segnalano lo stato dell'interruttore ai relè di protezione o ai sistemi SCADA.
I circuiti secondari comprendono:
Circuiti di controllo — Bobina di viaggio, bobina di chiusura, circuiti del motore di caricamento della molla che azionano direttamente il meccanismo
Circuiti ausiliari — Contatti di indicazione dello stato, segnalazione della posizione a dispositivi di interblocco e protezione
Circuiti di protezione — Logica anti-pompaggio, supervisione bobina, circuiti di interblocco elettrici/meccanici
Circuiti di annuncio — Allarmi per guasto al motore, molla non caricata, malfunzionamento del meccanismo
I livelli di tensione variano a seconda dell'applicazione. La maggior parte dei VCB a media tensione utilizza una potenza di controllo di 110 V CC o 220 V CC proveniente dalle batterie della stazione. Alcune installazioni industriali specificano un controllo a 110 V CA o 220 V CA. La topologia del circuito rimane concettualmente simile, anche se il controllo CA introduce considerazioni di temporizzazione relative al passaggio per lo zero e richiede approcci anti-pompaggio diversi.
[NOTA DI PROGETTAZIONE: il controllo CC consente il funzionamento durante i blackout della rete elettrica quando le batterie della stazione forniscono alimentazione di riserva, fondamentale per gli interruttori di servizio che proteggono generatori e trasformatori]
La comprensione dei circuiti secondari inizia con la sequenza operativa. Il principio di funzionamento dell'interruttore automatico a vuoto spiegato in https://xbrele.com/what-is-vacuum-circuit-breaker-working-principle/ mostra come l'estinzione dell'arco sotto vuoto richieda un movimento di contatto preciso: i circuiti secondari sincronizzano e coordinano tale movimento in tutte le condizioni operative.
I circuiti di sgancio e di chiusura alimentano direttamente le bobine dei solenoidi o i motori che azionano il meccanismo del VCB. Le priorità di progettazione sono diverse: i circuiti di sgancio devono essere a prova di guasto e ultra affidabili, mentre i circuiti di chiusura devono impedire pericolose operazioni simultanee.
Un tipico circuito di viaggio segue questo percorso del segnale:
| Elemento del circuito di viaggio | Funzione | Valutazione tipica |
|---|---|---|
| Bobina di viaggio | Attuatore elettromagnetico con sgancio del fermo di sicurezza | 110/220 V CC, 5–10 A di corrente di spunto |
| Contatto ausiliario della serie | Il circuito di intervento si ripristina automaticamente una volta aperto l'interruttore. | “Contatto ”a", classificato per corrente della bobina |
| Sgancio shunt | Accoppiamento meccanico tra bobina e meccanismo di chiusura | Forza nominale per molla meccanismo |
| Relè di supervisione viaggio | Controlla la continuità del circuito della bobina | Contatto di allarme su circuito aperto |
Il contatto ausiliario in serie impedisce il surriscaldamento della bobina di sgancio. Senza di esso, la bobina rimane sotto tensione dopo lo sgancio dell'interruttore, surriscaldandosi e guastandosi in pochi minuti. I progetti corretti prevedono un contatto ausiliario “a” (normalmente aperto, chiuso quando l'interruttore è chiuso) in serie con la bobina di sgancio: quando il meccanismo si sgancia, questo contatto si apre automaticamente.
[Approfondimento sul design OEM: affidabilità dei circuiti di protezione da sovraccarico]
- Bobine di sgancio ridondanti (Bobina di sgancio 1 + Bobina di sgancio 2) raddoppiano l'affidabilità per applicazioni critiche
- I terminali della bobina di viaggio placcati in oro riducono la resistenza di contatto e i guasti dovuti alla corrosione.
- Gli allarmi di supervisione della continuità della bobina di sgancio avvisano gli operatori prima che l'interruttore non riesca a sganciarsi quando necessario.
- I fusibili ad azione rapida proteggono i circuiti di intervento dai cortocircuiti senza ritardare il funzionamento della protezione.
I circuiti chiusi caricano l'energia immagazzinata (molla compressa o attuatore magnetico) e poi la rilasciano per chiudere i contatti. Poiché la chiusura su un guasto crea uno stress meccanico estremo, i circuiti chiusi includono una protezione anti-pompaggio e un interblocco.
Una sequenza di chiusura del meccanismo a molla:
| Elemento a circuito chiuso | Funzione | Valutazione tipica |
|---|---|---|
| Chiudi bobina | Rilascia il fermo dell'energia immagazzinata | 110/220 V CC, 3–8 A |
| Motore a molla | Comprime molla di chiusura | 110/220 V CC, 2–5 A continui |
| Interruttore a molla | Segnala la disponibilità per operazioni ravvicinate | Finecorsa meccanico |
| Relè anti-pompaggio | Impedisce ripetuti tentativi di chiusura in caso di guasti persistenti | Relè ausiliario con circuito seal-in |
| Contatti di interblocco ravvicinati | Impedisce la chiusura in condizioni di pericolo (ad es. interruttore di messa a terra chiuso) | Contatti “b” cablati |
Il motore di caricamento della molla si avvia automaticamente dopo ogni operazione di chiusura oppure può essere avviato manualmente. Un interruttore di fine corsa arresta il motore quando la compressione della molla raggiunge la forza richiesta. Se il motore si guasta o il meccanismo a molla si blocca, si attiva l'allarme “molla non caricata”.
La protezione anti-pompaggio impedisce al VCB di tentare ripetutamente di chiudersi su un guasto. Senza di essa, l'interruttore esegue rapidamente cicli di apertura-chiusura-apertura-chiusura, distruggendo il meccanismo e causando potenzialmente la saldatura dei contatti.
Considera questo scenario senza anti-pumping:
Questa azione di “pompaggio” sottopone il meccanismo a shock meccanici estremi alla capacità di corrente di guasto, superando di gran lunga i normali valori nominali del ciclo di lavoro.
Un circuito anti-pompaggio progettato correttamente richiede che il comando di chiusura venga resettato (disattivato e riattivato) prima di consentire un'altra operazione di chiusura:
Metodo del relè di controllo:
Metodo di contatto ausiliario (più semplice ma meno flessibile):
| Metodo anti-pompaggio | Vantaggi | Limitazioni |
|---|---|---|
| Relè ausiliario con sigillo | Impedisce il pompaggio indipendentemente dalla durata del segnale di chiusura; funziona con la richiusura automatica. | Aggiunge costi e complessità relativi al relè |
| Solo contatto ausiliario dell'interruttore | Semplice, senza componenti aggiuntivi | Potrebbe non bloccare tutti gli scenari di pompaggio negli schemi di riattivazione automatica |
| Controllore logico programmabile | Completamente configurabile, integrabile con SCADA | Richiede una protezione cablata di backup per applicazioni critiche per la sicurezza |
[Caso di guasto sul campo: bypass del circuito anti-pompaggio]
Un'azienda mineraria ha modificato il proprio quadro elettrico per consentire la “chiusura forzata” durante le emergenze, bypassando la protezione anti-pompaggio. Durante un guasto al cavo, l'operatore ha tenuto premuto il pulsante di chiusura nel tentativo di ripristinare l'alimentazione. Il VCB ha pompato sei volte in 15 secondi prima che il meccanismo frantumasse la guida della molla. Il costo di sostituzione ha superato i $45.000, oltre a due settimane di fermo macchina.
Gli interblocchi impediscono sequenze operative non sicure: chiusura con l'interruttore di messa a terra inserito, funzionamento simultaneo di due alimentatori o spostamento dell'interruttore mentre è sotto tensione. L'implementazione utilizza sia contatti cablati (interblocchi elettrici) che blocchi fisici (interblocchi meccanici).
Blocco interruttore di messa a terra:
Interblocco trasferimento sbarra collettrice:
Interblocco interruttore estraibile:
Sistemi di interblocco chiavi:
Disposizioni relative ai lucchetti:
Blocco scaffalatura:
| Tipo di interblocco | Funzione primaria | Livello di ridondanza |
|---|---|---|
| Elettrico (cablato) | Impedisce l'alimentazione dei circuiti di controllo | Difesa di prima linea |
| Meccanico (blocco fisico) | Impedisce fisicamente il movimento del meccanismo o il posizionamento dell'interruttore | Backup in caso di guasto o bypass dell'interblocco elettrico |
| Amministrativo (chiave/serratura) | Garantisce il rispetto delle procedure | Livello dei fattori umani |
Le migliori pratiche OEM combinano tutti e tre i livelli per gli interblocchi critici. Ad esempio, la sicurezza degli interruttori di messa a terra richiede in genere un interblocco elettrico (contatti ausiliari), un blocco meccanico (fermo) E un interblocco a chiave (applicazione della sequenza).
I contatti ausiliari segnalano la posizione dell'interruttore ai relè di protezione, ai sistemi SCADA, agli allarmi e ai circuiti di interblocco. La sequenza dei contatti, ovvero l'ordine preciso in cui i contatti si chiudono e si aprono durante l'apertura e la chiusura, determina il corretto funzionamento dei circuiti esterni.
“Contatti ”a" (normalmente aperti):
“Contatti ”b" (normalmente chiusi):
La maggior parte dei VCB fornisce di serie 6-12 contatti ausiliari, espandibili a oltre 20 con blocchi di contatti ausiliari. I contatti con portata nominale di 5-10 A alla tensione di comando gestiscono la segnalazione e i carichi delle bobine dei relè, ma non possono commutare direttamente motori o riscaldatori.
Durante l'operazione di chiusura:
Durante l'operazione di apertura:
Questa sequenza garantisce che i circuiti esterni rilevino il cambiamento di stato solo dopo che il VCB ha raggiunto una posizione meccanica stabile. Una segnalazione anticipata di “interruttore chiuso” prima che i contatti siano completamente innestati può causare un malfunzionamento della protezione. Una segnalazione tardiva di “interruttore aperto” può ritardare l'attivazione degli interruttori di messa a terra, violando le procedure di sicurezza.
| Requisiti di sequenza | Perché è importante |
|---|---|
| “a” si chiude dopo che i contatti principali si toccano | Impedisce il falso segnale di “chiuso” durante il rimbalzo o la chiusura incompleta |
| “b” apre dopo che “a” chiude | Evita la zona morta in cui entrambi i contatti si aprono contemporaneamente (nessuna indicazione di stato) |
| “b” si chiude prima che i contatti principali si aprano | Fornisce un segnale di “apertura dell'interruttore” ai relè prima dell'interruzione dell'arco |
| “a” si apre prima che i contatti principali si separino | Disattiva il circuito della bobina di sgancio prima che inizi l'arco elettrico del contatto ausiliario. |
La temporizzazione dei contatti ausiliari viene verificata durante i test di tipo VCB. I controlli di messa in servizio utilizzano la registrazione simultanea della posizione dei contatti principali e delle transizioni dei contatti ausiliari per confermare la corretta sequenza.
I circuiti di controllo si guastano quando le batterie della stazione si scaricano, i trasformatori di controllo CA perdono alimentazione o il cablaggio sviluppa guasti ad alta resistenza. Il design del circuito secondario deve rilevare questi guasti e prevenire condizioni di pericolo.
Il monitoraggio continuo del circuito di sgancio garantisce che l'interruttore possa sganciarsi quando la protezione entra in funzione:
Metodo di supervisione a relè:
Monitoraggio basato su microprocessore:
Gli interruttori automatici con meccanismo a molla richiedono energia accumulata per chiudersi. Se il motore a molla si guasta o l'interruttore di fine corsa non funziona correttamente, l'interruttore non può chiudersi:
Una tensione di controllo bassa influisce sul funzionamento della bobina:
| Funzione di supervisione | Metodo di rilevamento | Soglia di allarme tipica |
|---|---|---|
| Continuità del circuito di interruzione | Relè di supervisione o microprocessore | Circuito aperto o resistenza nominale >150% |
| Prontezza del circuito chiuso | Interruttore a molla | La molla non si carica dopo 30 secondi dall'operazione |
| Tensione di controllo | Relè di sottotensione | <85% tensione nominale |
| Guasto del contatto ausiliario | Discrepanza tra posizione e stato di contatto | Disallineamento >500 ms |
I circuiti secondari devono essere verificati prima dell'installazione in loco. I test di accettazione in fabbrica (FAT) e i test di accettazione in loco (SAT) seguono protocolli sovrapposti ma distinti.
Continuità e isolamento:
Sequenza operativa:
Verifica anti-pompaggio:
Funzione di interblocco:
Supervisione e allarmi:
Verifica del cablaggio:
Test di integrazione:
Coordinamento dell'interblocco:
Test di carico:
La messa in servizio dell'impianto rileva errori di installazione che i test di fabbrica non sono in grado di individuare: polarità di controllo invertita, impostazioni errate dei relè, errori di cablaggio dell'interblocco esterno o guasti nella distribuzione dell'alimentazione di controllo.
Sintomi: Il disgiuntore scatta senza che vi sia alcun guasto, spesso durante l'operazione di chiusura o l'avvio del motore.
Possibili cause:
Diagnosi:
Sintomi: Il pulsante di chiusura è stato premuto ma l'interruttore non si chiude o si chiude lentamente.
Possibili cause:
Diagnosi:
Sintomi: Il disgiuntore pompa ripetutamente in caso di guasto o non si chiude dopo un singolo intervento.
Possibili cause:
Diagnosi:
Sintomi: Malfunzionamento del relè di protezione, stato SCADA errato, guasto dell'interblocco dell'interruttore di messa a terra
Possibili cause:
Diagnosi:
Le operazioni frequenti accelerano l'usura dei contatti ausiliari:
Gli interruttori critici richiedono bobine a doppio scatto:
Gli interruttori controllati da SCADA richiedono una supervisione aggiuntiva:
La qualità del circuito secondario distingue gli interruttori affidabili da quelli che richiedono una manutenzione onerosa. Quando si valutano i fornitori:
Controllare i valori nominali dei contatti ausiliari: Alcuni produttori forniscono contatti da 3 A quando l'applicazione richiede 6 A, con conseguenti guasti prematuri.
Verificare l'implementazione dell'anti-pumping: Richiedere schemi elettrici dettagliati che mostrino il tipo di relè e la logica di sigillatura.
Esaminare la flessibilità dell'interblocco: Il sezionatore può ospitare sia interblocchi elettrici che meccanici senza modifiche personalizzate?
Verifica delle capacità di supervisione: I modelli moderni offrono di serie la supervisione del circuito di scatto, il monitoraggio dello stato della molla e gli allarmi di tensione di controllo, mentre i modelli più vecchi richiedono un adeguamento.
Confermare il protocollo di test FAT: Il FAT standard del produttore include la verifica anti-pompaggio, la misurazione della sequenza dei contatti e il test di isolamento?
Gli interruttori automatici sottovuoto XBRELE includono pacchetti completi di circuiti secondari progettati per garantire un funzionamento affidabile in applicazioni di servizi pubblici, industriali e di energia rinnovabile. I nostri modelli standard incorporano la supervisione del circuito di sgancio, la protezione anti-pompaggio a doppio relè e configurazioni configurabili dei contatti di interblocco. La documentazione completa dei circuiti secondari, i rapporti FAT e il supporto alla messa in servizio garantiscono che le installazioni soddisfino sia gli standard di sicurezza che i requisiti operativi. Scopri di più sulla nostra gamma di interruttori automatici sottovuoto all'indirizzo https://xbrele.com/vacuum-circuit-breaker-manufacturer/.
D1: Qual è la differenza tra un circuito di viaggio e un circuito chiuso in un interruttore automatico sottovuoto?
R: I circuiti di sgancio alimentano una bobina che rilascia il fermo di sgancio del meccanismo, consentendo alle molle di apertura di separare i contatti. I circuiti di chiusura caricano l'energia immagazzinata (molla o condensatore) e poi la rilasciano per chiudere i contatti. I circuiti di sgancio danno la priorità all'affidabilità fail-safe, mentre i circuiti di chiusura incorporano la protezione anti-pompaggio e l'interblocco.
Q2: Perché i VCB necessitano di una protezione anti-pompaggio?
R: Senza protezione anti-pompaggio, un interruttore può chiudersi ripetutamente su un guasto se il comando di chiusura rimane attivo. Questa azione di “pompaggio” sottopone il meccanismo a urti meccanici estremi, che possono distruggere il meccanismo a molla o saldare i contatti. I circuiti anti-pompaggio richiedono il ripristino del comando di chiusura prima di consentire un altro tentativo di chiusura.
Q3: Quanti contatti ausiliari fornisce un tipico interruttore automatico a vuoto?
R: La maggior parte dei VCB a media tensione include di serie 6-12 contatti ausiliari (una combinazione di contatti “a” normalmente aperti e “b” normalmente chiusi), espandibili a oltre 20 contatti con blocchi di contatti ausiliari aggiuntivi. I contatti gestiscono in genere 5-10 A a tensione di controllo.
Q4: Che cos'è la supervisione del circuito di interruzione e perché è necessaria?
R: Il sistema di supervisione del circuito di sgancio monitora continuamente l'integrità del circuito della bobina di sgancio utilizzando un relè a bassa corrente o un sistema basato su microprocessore. Se il circuito sviluppa un guasto di apertura o di alta resistenza, gli allarmi di supervisione avvisano gli operatori prima che l'operazione di protezione fallisca. Ciò impedisce situazioni in cui l'interruttore non può sganciarsi durante un guasto.
D5: È possibile bypassare gli interblocchi elettrici per operazioni di emergenza?
R: Sebbene sia fisicamente possibile, bypassare i blocchi elettrici comporta gravi rischi per la sicurezza e in genere viola gli standard di sicurezza. Le procedure di emergenza dovrebbero utilizzare modalità di “funzionamento forzato” preconfigurate con l'autorizzazione del supervisore e ulteriori misure di sicurezza, mai modifiche sul campo che vanificano i blocchi.
D6: Cosa succede se la tensione di controllo scende al di sotto del valore nominale durante il funzionamento?
R: Le bobine di intervento potrebbero non funzionare al di sotto della tensione nominale di 70%, mentre le bobine di chiusura potrebbero funzionare in modo lento o incompleto al di sotto della tensione nominale di 80%. I relè di monitoraggio della tensione di controllo emettono solitamente un allarme a 85% per fornire un avviso prima che si verifichino guasti operativi. Le applicazioni critiche possono far scattare automaticamente l'interruttore in caso di bassa tensione per evitare danni da corsa parziale.
D7: Come viene verificata la sequenza dei contatti ausiliari durante la messa in servizio?
R: Gli ingegneri addetti alla messa in servizio utilizzano la registrazione simultanea della posizione del contatto principale (tramite misurazione della corsa) e delle transizioni di stato del contatto ausiliario (tramite analizzatore logico o set di test relè). Le misurazioni temporali vengono confrontate con i dati dei test di tipo del produttore: in genere i contatti “a” si chiudono 5-15 ms dopo il contatto principale, mentre i contatti “b” si chiudono 3-10 ms prima della separazione del contatto principale.
