Quali sono i tipi e i tipi di interruttori automatici nelle reti elettriche

La principale differenza tra questi dispositivi di commutazione rispetto a tutti gli altri dispositivi simili è la complessa combinazione di funzionalità:

1. mantenere a lungo il carico nominale nel sistema grazie alla trasmissione affidabile di potenti correnti di elettricità attraverso i suoi contatti;

2. per proteggere le apparecchiature operative da danni accidentali nel circuito elettrico scollegando rapidamente l'alimentazione da esso.

Nelle normali condizioni di funzionamento dell'apparecchiatura, l'operatore può commutare manualmente il carico con gli interruttori automatici, fornendo:

• diversi schemi di potere;

• modificare la configurazione di rete;

• ritirare l'impianto dal funzionamento.

Le situazioni di emergenza negli impianti elettrici si verificano immediatamente e spontaneamente. Una persona non è in grado di reagire rapidamente al suo aspetto e adottare misure per eliminarli. Questa funzione è assegnata agli automatismi integrati nell'interruttore.

In elettricità, è accettata la divisione degli impianti elettrici per tipo di corrente:

• permanente;

• sinusoidale alternata.

Inoltre, esiste una classificazione delle apparecchiature in base all'entità della tensione per:

• bassa tensione — meno di mille volt;

• alta tensione — tutto il resto.

Per tutti i tipi di questi sistemi sono stati creati i propri interruttori progettati per il funzionamento ripetuto.

Circuiti CA

Questa categoria di chiavi ha un vasto assortimento di modelli prodotti da produttori moderni. È classificato in base alla tensione di rete e al carico di corrente.

Apparecchiature elettriche fino a 1000 volt

In base alla potenza dell'elettricità trasmessa, gli interruttori automatici nei circuiti a corrente alternata sono convenzionalmente suddivisi in:

1. modulare;

2. in una custodia stampata;

3. alimentazione dell'aria.

Disegni modulari

Il design specifico sotto forma di piccoli moduli standard con una larghezza multipla di 17,5 mm ne determina il nome e il design con la possibilità di montaggio su guida Din.

La struttura interna di uno di questi interruttori è mostrata nella foto. Il suo corpo è realizzato interamente con un materiale dielettrico resistente che elimina scossa elettrica a una persona.

I cavi di alimentazione e di uscita sono collegati rispettivamente alla morsettiera superiore e inferiore. Per il controllo manuale dello stato dell'interruttore, è installata una leva con due posizioni fisse:

• quello superiore è progettato per fornire corrente attraverso un contatto di alimentazione chiuso;

• sotto — fornisce un'interruzione nel circuito di alimentazione.

Ognuna di queste macchine è progettata per il funzionamento continuo a un certo valore corrente nominale (Yin). Se il carico aumenta, il contatto di potenza viene interrotto. A tale scopo, all'interno della scatola sono posti due tipi di protezione:

1. rilascio termico;

2. interruzione corrente.

Il principio del loro funzionamento consente di spiegare la caratteristica temporale della corrente, che esprime la dipendenza del tempo di funzionamento della protezione dal carico o dalla corrente di guasto che lo attraversa.

Il grafico mostrato nella foto è dato per un interruttore specifico quando la zona limite di funzionamento è selezionata a 5 ÷ 10 volte la corrente nominale.

In caso di sovraccarico iniziale, sgancio termico da piatto bimetallico, che con una corrente aumentata si riscalda gradualmente, si piega e agisce sul meccanismo di spegnimento non immediatamente, ma con un certo ritardo.

Pertanto, consente ai piccoli sovraccarichi associati a una connessione a breve termine degli utenti di rimuovere autonomamente ed eliminare gli arresti non necessari. Se il carico fornisce un riscaldamento critico del cablaggio e dell'isolamento, il contatto di alimentazione è interrotto.

Quando nel circuito protetto si verifica una corrente di emergenza, in grado di bruciare l'apparecchiatura con la sua energia, allora entra in azione una bobina elettromagnetica. Con un impulso, dovuto all'aumento di carico verificatosi, scaglia l'anima sul meccanismo di scatto per arrestare immediatamente la modalità fuori limite.

Il grafico mostra che maggiori sono le correnti di cortocircuito, più velocemente vengono attivate dallo sganciatore elettromagnetico.

Il protettore automatico del vapore domestico funziona secondo gli stessi principi.

Quando vengono interrotte grandi correnti, si crea un arco elettrico, la cui energia può bruciare i contatti. Per eliminarne l'effetto, negli interruttori automatici viene utilizzata una camera di estinzione dell'arco, che divide la scarica dell'arco in piccoli flussi e li estingue a causa del raffreddamento.

Ritagli multipli di strutture modulari

I viaggi magnetici sono sintonizzati e abbinati per funzionare con carichi specifici perché creano transitori diversi quando iniziano. Ad esempio, quando si accendono vari apparecchi di illuminazione, la corrente di spunto a breve termine dovuta alla variazione della resistenza del filamento può avvicinarsi a tre volte il valore nominale.

Pertanto, per il gruppo di prese di appartamenti e circuiti di illuminazione, è consuetudine scegliere interruttori automatici con una caratteristica corrente-tempo del tipo «B». Sono 3 ÷ 5 pollici.

I motori a induzione, durante la rotazione di un rotore condotto, causano correnti di sovraccarico maggiori. Per loro, scegli macchine con caratteristica «C» o — 5 ÷ 10 In. Grazie alla riserva di tempo e di corrente creata, consentono al motore di ruotare e sono garantiti per entrare in modalità operativa senza arresti inutili.

Nella produzione industriale, su macchine e meccanismi per il taglio dei metalli, sono presenti azionamenti caricati collegati a motori che creano sovraccarichi più elevati. A tale scopo vengono utilizzati interruttori automatici con caratteristica «D» di portata 10 ÷ 20 In. Si sono dimostrati validi quando si lavora in circuiti con carichi induttivi attivi.

Inoltre, le macchine hanno altri tre tipi di caratteristiche tempo-corrente standard utilizzate per scopi speciali:

1. "A" - per cablaggio lungo con carico attivo o protezione di dispositivi a semiconduttore con un valore di 2 ÷ 3 In;

2. "K" — per carichi induttivi espressi;

3. «Z» — per dispositivi elettronici.

Nella documentazione tecnica di diversi produttori, il valore limite per gli ultimi due tipi potrebbe differire leggermente.

Interruttori scatolati

Questa classe di dispositivi può commutare correnti più elevate rispetto ai design modulari. Il loro carico può raggiungere valori fino a 3,2 kiloampere.

Sono prodotti secondo gli stessi principi delle strutture modulari, ma tenendo conto dei maggiori requisiti per la trasmissione del carico maggiore, cercano di conferire loro dimensioni relativamente ridotte e alta qualità tecnica.

Queste macchine sono progettate per un funzionamento sicuro in impianti industriali. In base al valore della corrente nominale, sono suddivisi condizionatamente in tre gruppi con la possibilità di commutare carichi fino a 250, 1000 e 3200 ampere.

Progettazione strutturale del loro corpo: modelli a tre o quattro poli.

Interruttori dell'aria di potenza

Funzionano in impianti industriali e resistono a correnti molto intense fino a 6,3 kiloampere.

Sono i dispositivi più complessi per la commutazione di dispositivi a bassa tensione, vengono utilizzati per il funzionamento e la protezione di impianti elettrici come dispositivi di ingresso e uscita per sistemi di distribuzione di alta potenza e per il collegamento di generatori, trasformatori, condensatori o potenti motori elettrici.

Nella foto è mostrata una rappresentazione schematica della loro struttura interna.

Qui viene ora utilizzata la doppia disconnessione del contatto di alimentazione e su ciascun lato della disconnessione sono installate camere di estinzione dell'arco con griglie.

L'algoritmo di funzionamento comprende la bobina di chiusura, la molla di chiusura, l'azionamento del motore della carica della molla e gli elementi di automazione. Per monitorare i carichi di corrente è integrato un trasformatore di corrente con bobina di misura e protezione.

Apparecchiature elettriche oltre 1000 volt

Gli interruttori automatici per apparecchiature ad alta tensione sono dispositivi tecnici molto complessi e sono realizzati rigorosamente individualmente per ciascuna classe di tensione. Sono comunemente usati delle cabine di trasformazione.

I requisiti sono imposti su di loro:

• alta affidabilità;

• sicurezza;

• produttività;

• facilità d'uso;

• relativo silenzio durante il funzionamento;

• prezzo ottimale.

I carichi che si rompono interruttori di alta tensione in caso di arresto di emergenza accompagnato da un arco molto forte. Per estinguerlo vengono utilizzati vari metodi, inclusa l'interruzione del circuito in un ambiente speciale.

Questo interruttore include:

• sistema di contatto;

• dispositivo di estinzione dell'arco;

• parti in tensione;

• alloggiamento isolato;

• meccanismo di guida.

Uno di questi dispositivi di commutazione è mostrato nella foto.

Per un funzionamento di alta qualità del circuito in tali strutture, oltre alla tensione operativa, considerare:

• il valore nominale della corrente di carico per la sua trasmissione affidabile nello stato attivo;

• massima corrente di cortocircuito a eff. valore che il meccanismo di spegnimento può sopportare;

• componente ammissibile della corrente aperiodica al momento del guasto del circuito;

• capacità di richiusura automatica e due cicli AR.

Secondo le modalità di estinzione dell'arco durante lo scatto, gli interruttori sono classificati in:

• burro;

• vuoto;

• aria;

• gas SF6;

• autogas;

• elettromagnetico;

• autopneumatico.

Per un funzionamento affidabile e conveniente, sono dotati di un meccanismo di azionamento che può utilizzare uno o più tipi di energia o le loro combinazioni:

• molla rialzata;

• carico sollevato;

• pressione dell'aria compressa;

• impulso elettromagnetico dal solenoide.

A seconda delle condizioni di utilizzo, possono essere creati con la capacità di lavorare a tensioni da uno a 750 kilovolt inclusi. Naturalmente, hanno un design diverso. dimensioni, capacità di controllo automatico e remoto, impostazioni di protezione per un funzionamento sicuro.

I sistemi ausiliari di tali interruttori possono avere una struttura ramificata molto complessa ed essere posizionati su pannelli aggiuntivi in ​​edifici tecnici speciali.

Circuiti CC

Queste reti hanno anche un numero enorme di switch con capacità diverse.

Apparecchiature elettriche fino a 1000 volt

I moderni dispositivi modulari montabili su guida DIN sono qui presentati in maniera massiccia.

Completano con successo le classi di vecchie macchine di questo tipo AP-50, AE e simili, che sono stati fissati alle pareti dei pannelli con collegamenti a vite.

I design modulari CC hanno la stessa struttura e lo stesso principio di funzionamento delle loro controparti CA. Possono essere eseguiti da una o più unità e vengono selezionati in base al carico.

Apparecchiature elettriche oltre 1000 volt

Gli interruttori di circuito CC ad alta tensione sono utilizzati negli impianti di elettrolisi, nelle strutture industriali metallurgiche, nei trasporti ferroviari e urbani elettrificati e nelle centrali elettriche.

I principali requisiti tecnici per il funzionamento di tali dispositivi corrispondono alle loro controparti in corrente alternata.

Interruttore ibrido

Gli scienziati dell'azienda svizzero-svedese ABB sono riusciti a sviluppare un interruttore automatico CC ad alta tensione che combina due strutture di alimentazione nel suo dispositivo:

gas 1.SF6;

2. vuoto.

Si chiama ibrido (HVDC) e utilizza la tecnologia di estinzione dell'arco sequenziale in due mezzi contemporaneamente: esafluoruro di zolfo e vuoto. A tale scopo, viene assemblato il seguente dispositivo.

La tensione viene applicata al bus superiore dell'interruttore sottovuoto ibrido e rimossa dal bus inferiore dell'interruttore SF6.

Le alimentazioni dei due dispositivi di commutazione sono collegate in serie e controllate dai loro azionamenti separati. Affinché funzionino simultaneamente, è stato creato un dispositivo di controllo del funzionamento a coordinate sincronizzate, che trasmette i comandi a un meccanismo di controllo alimentato in modo indipendente tramite un canale ottico.

Grazie all'utilizzo di tecnologie ad alta precisione, i progettisti sono stati in grado di ottenere il coordinamento delle azioni degli azionamenti dei due azionamenti, che si inserisce in un intervallo di tempo inferiore a un microsecondo.

L'interruttore è controllato da un'unità di protezione a relè integrata nella linea di alimentazione tramite un ripetitore.

L'interruttore ibrido ha permesso di aumentare significativamente l'efficienza delle strutture in SF6 composito e in vuoto sfruttando le loro caratteristiche combinate. Allo stesso tempo, è stato possibile realizzare i vantaggi rispetto ad altri analoghi:

1. la capacità di spegnere in modo affidabile le correnti di cortocircuito ad alta tensione;

2. la possibilità di piccoli sforzi per effettuare la commutazione degli elementi di potenza, che ha permesso di ridurre notevolmente le dimensioni e, di conseguenza, il prezzo dell'apparecchiatura;

3. la disponibilità di soddisfare diversi standard per la creazione di strutture funzionanti come parte di un interruttore separato o dispositivi compatti di una sottostazione;

4.la capacità di eliminare gli effetti del rapido aumento dello stress durante il recupero;

5. Capacità di formare un modulo base per lavorare con tensioni fino a 145 kilovolt e oltre.

Una caratteristica distintiva del design è la capacità di interrompere un circuito elettrico in 5 millisecondi, cosa quasi impossibile da fare con dispositivi di alimentazione di un altro design.

L'interruttore automatico ibrido è stato classificato tra i primi dieci sviluppi dell'anno dalla Technology Review del MIT (Massachusetts Institute of Technology).

Altri produttori di apparecchiature elettriche sono impegnati in ricerche simili. Hanno anche ottenuto alcuni risultati. Ma ABB è davanti a loro in questa materia. La sua direzione ritiene che la trasmissione CA stia causando le sue pesanti perdite. Questi possono essere notevolmente ridotti utilizzando circuiti ad alta tensione a tensione continua.