Interruttori ad olio: tipi, marcatura + specifiche di utilizzo

Tra le apparecchiature di commutazione, un posto d'onore, come un veterano, è occupato dall'interruttore ad olio, utilizzato sia in quadri chiusi che aperti di qualsiasi tensione.

La sua funzione principale è l'inserimento e il disinserimento di singole linee di un sistema elettrico normalmente funzionante o in situazioni anomale. Il disinserimento, a seconda delle circostanze, avviene automaticamente o manualmente.

In questo articolo esamineremo le tipologie esistenti di questi dispositivi, la loro classificazione e marcatura. Presteremo inoltre attenzione ai pro e ai contro di tali interruttori, alle caratteristiche e alle regole del loro utilizzo. Per una migliore comprensione del materiale, abbiamo selezionato schemi, tabelle, foto illustrative e video tematici.

Pro e contro degli interruttori ad olio

Questi dispositivi hanno una struttura relativamente semplice. Hanno una buona capacità di interruzione, non dipendono dalle condizioni atmosferiche. In caso di guasti, è possibile effettuare lavori di riparazione. Gli interruttori a serbatoio sono adatti per installazione esterna. Esistono condizioni per il montaggio di trasformatori di corrente incorporati.

Un ruolo importante nel funzionamento dell'interruttore ad olio è giocato dalla velocità di separazione dei contatti. Può verificarsi una situazione in cui i contatti si separano a grande velocità e l'arco raggiunge istantaneamente una lunghezza critica per esso. In questo caso, il valore della tensione di ristabilimento potrebbe non essere sufficiente per perforare l'intervallo tra i contatti.

Gli svantaggi sono maggiori negli interruttori a serbatoio. Il primo è la presenza di un grande volume di olio, quindi le dimensioni considerevoli di queste unità e dei quadri di distribuzione. Il secondo è il pericolo di incendio ed esplosione: in situazioni anomale, le conseguenze possono essere le più imprevedibili.

Il livello dell'olio sia nel serbatoio che negli ingressi, così come le sue condizioni, deve essere tenuto sotto controllo periodico. Se nelle reti di alimentazione elettrica servite sono presenti interruttori ad olio, è necessario disporre di un apposito impianto per l'olio.

Nella foto è riportato l'interruttore ad olio VMG. Può interrompere qualsiasi corrente di carico e di cortocircuito, inclusa la corrente di interruzione massima. Questo tipo è ampiamente utilizzato nelle sottostazioni di trasformazione.

Classificazione degli interruttori ad olio

L'uso degli interruttori ad olio iniziò già alla fine del diciannovesimo secolo. Fino quasi alla metà del XX secolo, non esistevano altri dispositivi di interruzione nelle reti ad alta tensione.

Esistono due grandi gruppi di questi apparecchi:

1. A bagno d'olio, per i quali è caratteristica la presenza di un grande volume d'olio. Per queste apparecchiature, l'olio funge sia da mezzo in cui viene estinta l'arco, sia da isolante.
2. A ridotto contenuto d'olio (o a basso volume). La quantità di riempimento è indicata dal nome stesso. Questi interruttori contengono elementi dielettrici e l'olio è necessario solo per l'estinzione dell'arco.

Le prime vengono utilizzate principalmente in impianti di distribuzione da 35 a 220 kV. Le seconde fino a 10 kV. Gli apparecchi a ridotto contenuto d'olio della serie VMT sono impiegati anche in quadri esterni progettati per 110 e 220 kV.

Il principio di estinzione dell'arco è identico per entrambi i tipi. L'arco che si genera all'apertura dei contatti ad alta tensione dell'interruttore provoca una rapida evaporazione dell'olio. Ciò porta alla creazione di un involucro gassoso attorno all'arco. Questa formazione è composta da vapori d'olio (circa il 20%) e idrogeno (H2).

L'intervallo d'arco viene deionizzato grazie al rapido raffreddamento del canale dell'arco mediante la miscelazione nell'involucro di gas ad alta e bassa temperatura.

Nel momento in cui si generano gli archi nella zona di contatto, la temperatura è molto elevata — circa 6000°. A seconda dell'installazione, si distinguono interruttori per uso interno, esterno, nonché per l'uso in KRP — quadri di distribuzione completi.

Tipo #1 — apparecchiature a serbatoio

L'apparecchiatura di commutazione di questo tipo può avere un serbatoio o più a seconda della tensione. Nel primo caso fino a 10 kV, in alcuni casi fino a 35. Ogni fase degli interruttori che operano in impianti a tensione più elevata è alloggiata in un serbatoio individuale.

Tutti gli interruttori a serbatoio hanno approssimativamente la stessa disposizione. Il serbatoio in acciaio sugli ingressi con olio contiene le camere di estinzione dell'arco. I contatti esterni sono collegati da una traversa.

Gli azionamenti sia per gli interruttori a serbatoio sia per quelli a ridotto contenuto d'olio possono essere manuali, automatici assemblati sulla bobina di eccitazione del solenoide o a molla. Nel secondo caso si utilizza la proprietà magnetica del solenoide, che consente di attrarre un nucleo metallico collegato tramite un sistema speciale all'albero dell'interruttore (MV).

Quando viene applicata corrente continua elettrica all'avvolgimento del solenoide, l'unità si attiva grazie all'attrazione dello stelo del nucleo magnetico e alla successiva rotazione dell'albero dell'interruttore.

Una speciale leva mantiene l'albero in questa posizione. Contemporaneamente all'inserimento, il solenoide imposta una posizione determinata alle molle di apertura, che, al ricevimento di un impulso elettrico speciale, disattiveranno l'interruttore (MV).

Il processo di apertura viene attivato da un secondo solenoide mediante lo scatto del meccanismo a rulli (il fermo). Di conseguenza, l'albero ruota istantaneamente grazie alla molla e avviene lo spegnimento. Per il funzionamento dell'azionamento a solenoide è necessaria la presenza di una batteria di accumulatori per alimentarlo con corrente continua.

Quando la batteria è assente, si utilizza un azionamento a molla. L'accensione viene eseguita utilizzando un motore elettrico o tramite sforzo muscolare. Lo spegnimento manuale è possibile per apparecchi a bassa potenza con valori di corrente di cortocircuito fino a 30 kA, per disattivarli è necessario applicare uno sforzo massimo di 25 kg.

Interruttore in olio a serbatoio singolo con arco aperto

In alcuni quadri di distribuzione vengono installati interruttori a serbatoio privi di camere di estinzione dell'arco. L'arco elettrico viene qui estinto nel modo più semplice: mediante doppia interruzione dei contatti in un recipiente riempito d'olio. A tali dispositivi con arco aperto appartengono i modelli nazionali VMB e VME. Sono progettati per una corrente nominale di 1,25 kA.

Schema del VME-6-200. La struttura è composta da serbatoio (1), coperchio (2), isolatori in porcellana (3), contatti fissi (4), contatti mobili (5), traversa (6), contatti di estinzione (7), piastre (8), molla (9), albero (10).

Il simbolo 'E' indica escavatore, il numero 6 è la tensione nominale di 6 kV, 200 è la corrente nominale in ampere. La corrente di interruzione di soglia per questo interruttore in olio è 1,25 kA. Il serbatoio di questo interruttore in olio è in acciaio e fissato al coperchio in ghisa mediante bulloni. Le pareti del serbatoio sono rivestite di isolamento (13).

Sei isolatori in porcellana che attraversano il coperchio terminano con staffe di rame che fungono da contatti fissi di lavoro. La serie VME ha un azionamento manuale a volantino.

Sulla traversa o ponte di contatto si trovano i contatti mobili. Qui sono posizionati anche i contatti mobili di estinzione dell'arco sotto forma di squadrette in ottone. Le piastre di rame con punte in ottone situate in basso sulle estremità degli isolatori sono i contatti fissi di estinzione dell'arco. La biella isolante, attraverso il contatto con il meccanismo di azionamento, trasmette il movimento ai contatti mobili.

Con la traversa in posizione sollevata, i contatti fissi sono chiusi, la molla responsabile dello spegnimento è compressa, l'interruttore in olio è inserito. L'interruttore è collegato all'albero dell'azionamento del gancio di scatto, che lo mantiene in posizione di lavoro. In caso di qualsiasi spegnimento, il gancio viene rilasciato, la molla si espande e la traversa scende rapidamente. Ciò provoca l'apertura sequenziale dei contatti di lavoro: 4 e 5, quindi 7 e 8.

Ciò provoca su ogni polo dell'interruttore l'apertura del circuito in due punti, la comparsa dell'arco e la decomposizione dell'olio. All'interno degli involucri 12 la pressione raggiunge da 0,5 a 1 MPa, attivando così il processo di deionizzazione. Entro al massimo 0,1 s gli archi vengono spenti e gli involucri, sollevandosi, si trovano sotto il coperchio e aumentano il volume del cuscino d'aria.

Quando tutte le fasi dell'interruttore in olio si trovano in un unico serbatoio, l'olio isola i contatti tra loro e dal corpo del serbatoio, che deve essere necessariamente messo a terra.

L'ultima svolge il ruolo di un buffer, riducendo la forza dell'impatto nel processo di estinzione dell'arco. L'altezza normale del cuscino d'aria è circa il 25% del volume. Il superamento di questa soglia può portare a un'esplosione.

Questi interruttori sono semplici da usare, relativamente economici e comodi da impiegare in sottostazioni all'aperto. Ma i vapori caldi d'olio, anche a semplice contatto con l'ossigeno, si infiammano facilmente.

La combustione dell'arco in ambiente d'olio avvia un processo di policondensazione, che peggiora la rigidità elettrica dell'olio. Il serbatoio si intasa con un deposito costituito da particelle di carbonio. Perciò sono necessarie revisioni dell'unità con sostituzione dell'olio.

Interruttori ad olio con camera di estinzione dell'arco

La capacità di interruzione e l'affidabilità di funzionamento degli interruttori a serbatoio sono notevolmente aumentate dalla presenza della camera di estinzione dell'arco. Essa viene collocata nell'olio contenuto nel serbatoio. Negli interruttori a tre serbatoi, ogni fase è sistemata in un serbatoio separato.

Un polo dell'interruttore a serbatoio in sezione. È dotato di camera di estinzione dell'arco C -35 – 630 – 10. La marcatura indica che l'interruttore è destinato all'installazione in quadri elettrici da 35 kV e oltre, è progettato per una corrente nominale di 630,4 kA e un potere di interruzione nominale di 10 kA.

La costruzione è più complessa di quella degli interruttori ad olio senza camere di estinzione dell'arco ed è composta da:

• polo (1);
• trasformatore di corrente (2);
• corpo dell'azionamento (3);
• asta (4);
• contatto fisso (5);
• camera di estinzione dell'arco (6);
• isolamento (7);
• elemento riscaldante (8);
• dispositivo per lo scarico dell'olio (9).

La parte superiore della camera è dotata di un contatto fisso. Durante l'inserimento, un contatto mobile a forma di asta penetra in esso. In caso di disinserimento, l'asta lascia il contatto fisso, provocando la comparsa di un arco nella camera. L'entità della pressione generata in questa circostanza è di un ordine di grandezza superiore al corrispondente parametro degli interruttori non dotati di camera di estinzione dell'arco.

La pressione di 8-7 MPa riduce il diametro dell'arco, aumenta la rigidità dielettrica del traferro dopo che la corrente ha superato il punto zero. Di conseguenza si verifica un processo di estinzione dell'arco più rapido. Dopo l'uscita del contatto mobile dalla camera, attraverso un foro libero segue lo scarico dei gas con parziale trascinamento d'olio.

Il canale dell'arco si raffredda rapidamente, si verifica una intensa deionizzazione. All'aumentare della corrente, l'efficacia del funzionamento della camera di estinzione dell'arco aumenta. L'interruttore ad olio può funzionare anche come apparecchiatura ad arco aperto in caso di interruzione di correnti deboli.

Oltre all'aumento della pressione della miscela di vapore nell'intervallo dell'arco, per accelerare lo spegnimento dell'arco si utilizza un metodo come il soffio potenziato del cocktail di vapore nella zona dell'arco. Esistono soffio longitudinale, trasversale e contrapposto.

Il tipo di soffio automatico è determinato dalla struttura della camera di estinzione dell'arco. Nel primo caso, il vettore della miscela di vapori ha una direzione longitudinale rispetto alla colonna dell'arco (frammento a). In caso di orientamento trasversale, il flusso si muove in direzione perpendicolare alla colonna dell'arco o con un certo angolo (frammento b).

Nel caso in cui il flusso abbia una direzione opposta al vettore di movimento del contatto mobile con l'arco, si verifica un soffio contrario. Spesso nei dispositivi di estinzione dell'arco vengono utilizzate combinazioni di questi metodi.

L'arco nell'interruttore a olio si estingue in 3 fasi. Nella prima (a), nell'arco si verifica il rilascio di energia elettrica e nell'involucro chiuso si genera un'alta pressione. Al momento dell'uscita della miscela dall'involucro inizia la seconda fase (b). La terza (c) è la rimozione dalla camera dei residui di gas riscaldati e dei prodotti di decomposizione.

Nell'ultima fase, la camera viene preparata per partecipare al successivo ciclo di interruzione. Per la richiusura automatica, questa fase è estremamente importante.

Tipo #2 — interruttori a vaso (o a basso contenuto d'olio)

Negli impianti chiusi, gli interruttori a vaso vengono utilizzati come generatori e di distribuzione. In quelli aperti, come quelli di sottostazione e di distribuzione. In questo tipo di interruttori, l'olio non svolge funzioni isolanti, ma è necessario solo come mezzo per l'estinzione dell'arco.

Il pericolo di incendio ed esplosione degli interruttori a basso volume d'olio è significativamente inferiore rispetto a quelli a serbatoio. Vengono installati sia in apparecchiature esterne che in quelle interne per qualsiasi tensione fino a 110 kV. Il ruolo di isolamento dei poli tra loro e verso terra è svolto da dielettrici come porcellana, resina colata, steatite.

L'olio in questi interruttori a olio occupa solo dal 3 al 4% del volume del polo. Il piccolo volume d'olio, la massa ridotta e le dimensioni convenienti sono indubbi vantaggi di questa apparecchiatura. Tuttavia, vengono utilizzati in nodi del sistema in cui agli interruttori non vengono imposti requisiti elevati.

Queste limitazioni sono spiegate dalla forte correlazione tra la capacità di interruzione e la corrente interrotta, e dall'inadeguatezza della struttura a funzionare in condizioni di interruzioni frequenti.

Un'altra ragione sono le difficoltà nell'implementazione di richiusure automatiche veloci multiple. Negli interruttori a basso volume d'olio vengono utilizzati i seguenti tipi di soffio d'olio: trasversale, longitudinale, misto. Gli specialisti ritengono il primo il più efficace.

Negli interruttori di questo tipo, destinati a installazioni interne, i contatti sono alloggiati in un serbatoio d'acciaio. Gli interruttori a olio con tensione di 35 kV e superiore hanno un involucro di porcellana. L'apparecchiatura più utilizzata è quella sospesa da 6-10 kV. Il suo corpo è fissato su un telaio comune a tutti i poli. Tutti e tre i poli hanno una camera di estinzione dell'arco, ciascuno è progettato per una singola interruzione dei contatti, e per tensioni superiori per 2 o più.

La struttura degli interruttori a basso contenuto d'olio comprende contatti mobili e fissi (1 e 3), camera di estinzione dell'arco (2), contatti di lavoro (4).

Secondo lo schema riportato, vengono prodotti gli interruttori VMP, VMG, MG, progettati per tensioni fino a 20 kV. La particolarità costruttiva degli interruttori per correnti di elevato valore nominale è che i contatti di lavoro sono posizionati all'esterno, mentre all'interno del serbatoio si trovano quelli di estinzione dell'arco.

Gli interruttori della serie VMP sono spesso utilizzati in apparecchiature chiuse, nonché in KRU da 6-10 kV. Nei quadri di distribuzione completi vengono installati interruttori della serie VK. Sono dotati di comando elettromagnetico o a molla incorporato e sono progettati per correnti di interruzione di 20 – 31,5 kA e correnti nominali di 630 – 3150 A.

Gli interruttori a colonna, realizzati appositamente per KRU, sono caratterizzati da una versione estraibile. Negli impianti a 35 kV vengono installati interruttori VM di tipo a colonna delle serie VMK e VMUE. I quadri RU 110 e 220 kV sono equipaggiati con interruttori della serie VMT. L'unità ha una base saldata su cui sono posizionati i suoi tre poli. Il comando è a molla.

Nella foto, interruttore VMT-110. Nell'immagine a sinistra sono mostrati i componenti di cui è composto: comando a molla (1), isolatore di supporto del polo dell'interruttore (2), dispositivo di estinzione dell'arco (3), base (4), meccanismo di comando (5).

Sul lato destro della foto è mostrato il modulo, dove: 1 — conduttore di corrente, 2 — contatto mobile, collegato al conduttore di corrente tramite dispositivi di presa di corrente. La camera di estinzione dell'arco è indicata con il numero 3, il contatto fisso è il 5. Tutto quanto elencato è alloggiato in un isolatore cavo (4) in porcellana. All'interno si trova olio per trasformatori, e sopra c'è un cappuccio (6).

Quest'ultimo è dotato di un manometro per consentire il monitoraggio della pressione nel modulo. Inoltre, sul coperchio sono presenti un raccordo per il riempimento con miscela di gas compresso, una valvola di scarico automatica, un indicatore del livello dell'olio (8). Il contatto mobile e il dispositivo di comando sono collegati da aste di isolamento.

La configurazione costruttiva del polo è identica per l'intera serie di interruttori. Nei serbatoi degli interruttori a basso olio per correnti nominali da 630 a 1600 A si trovano 5,5 kg di olio, mentre per correnti superiori a 1600 e fino a 3150 A inclusi, 8 kg.

Per aumentare l'affidabilità, nella costruzione di alcuni interruttori vengono inclusi ulteriori elementi di comando e protezione:

• elettromagneti di sgancio;
• relè ad azione istantanea e ritardata alla corrente di soglia;
• relè di minima tensione;
• contatti ausiliari.

A seconda del metodo di assemblaggio, esistono interruttori a basso olio con la camera di estinzione dell'arco posizionata inferiormente e, al contrario, superiormente. Nel primo caso, il contatto mobile si muove dall'alto verso il basso, nel secondo viceversa. La capacità di interruzione di questi ultimi è maggiore.

Marcatura degli interruttori ad olio

La decodifica della marcatura apposta dal produttore sull'interruttore a olio consente di conoscerne le informazioni principali. Analizziamo, ad esempio, la marcatura dell'interruttore VMG-133. Il primo simbolo 'V' indica che si tratta di un interruttore.

In questo schema viene riportata la composizione del simbolo convenzionale degli interruttori ad alta tensione, incluso per le apparecchiature riempite d'olio.

Il secondo — «M» indica il tipo di interruttore, in questo caso — a basso contenuto d'olio. La lettera «G» determina l'appartenenza a una tipologia specifica — a vasca. 133 — serie M.V.

Regole di funzionamento degli interruttori ad olio

Il personale addetto alla manutenzione, operativo e gli specialisti coinvolti nella manutenzione e nell'esercizio degli interruttori ad olio devono conoscere le relative istruzioni, la struttura e il principio di funzionamento dell'apparecchiatura.

I lavoratori che si occupano degli interruttori ad olio, durante l'esercizio, devono monitorare:

1. La tensione operativa, la corrente di carico. I valori non devono superare i limiti specificati nelle tabelle.
2. L'altezza della colonna d'olio nei poli, l'assenza di perdite.
3. La presenza di lubrificante sulle parti in attrito. I contatti possono perdere mobilità e bloccarsi se il lubrificante delle parti in attrito diventa denso e sporco.
4. Il livello di polvere nei locali in cui sono installati i quadri di distribuzione.
5. La conformità delle caratteristiche meccaniche degli interruttori in servizio alle norme tabellari.

Dopo ogni interruzione per cortocircuito è necessario ispezionare l'apparecchiatura. Le informazioni su queste interruzioni vengono registrate in un apposito registro. Deve essere disponibile un registro dei difetti per annotare le informazioni sui guasti rilevati durante il funzionamento dell'unità. L'interruttore su cui si è verificata l'interruzione a causa del cortocircuito deve essere ispezionato.

Si verifica se vi è fuoriuscita d'olio. Se ciò accade, specialmente in grandi quantità, indica un'interruzione anomala per cortocircuito. L'apparecchiatura viene messa fuori servizio e ispezionata. Quando l'olio è scuro, è necessaria la sostituzione. La viscosità dell'olio, che aumenta con il calo della temperatura, influisce negativamente sulla velocità di apertura.

A volte è necessario sostituire il vecchio lubrificante durante la riparazione con uno nuovo: Ciatim-221, Goi-54 o Ciatim-201.

Tabella con le specifiche tecniche degli interruttori ad olio. Se i valori effettivi non corrispondono a quelli di fabbrica, si esegue nuovamente la regolazione.

Dopo aver messo fuori servizio l'interruttore ad olio, devono essere ispezionati attentamente gli isolatori di sostegno, i tiranti, l'isolamento dei contenitori per verificare la presenza di crepe. L'isolamento molto sporco viene pulito. La necessità di una riparazione straordinaria sorge dopo un certo numero di cortocircuiti.

L'ispezione periodica (I.P.) viene eseguita mensilmente. Si presta attenzione al grado di riscaldamento dell'interruttore. La manutenzione ordinaria (M.O.) viene effettuata annualmente. Comprende attività come il controllo e la correzione dei difetti degli elementi di fissaggio, della cinematica dell'attuatore, del livello dell'olio, delle guarnizioni. Vengono anche verificati i componenti isolanti per la loro integrità.

Trascorsi 3-4 anni dalla revisione generale, viene eseguita una riparazione media (SR). Include l'intero set di lavori di riparazione corrente (TR) più ulteriori misurazioni della resistenza di contatto dei poli e controlli dei parametri meccanici e di velocità.

In caso di non conformità delle caratteristiche controllate con i dati tabellari, l'interruttore viene smontato, si esegue la regolazione e una serie completa di prove ad alta tensione.

Durante una riparazione straordinaria, si cerca di mantenere invariata la regolazione precedente. Per questo motivo, l'interruttore viene smontato al minimo. La periodicità della revisione generale è di 6-8 anni. Il suo volume comprende un'ispezione generale, la rimozione dei cilindri dal telaio, lo scollegamento delle sbarre, la riparazione dell'azionamento, dei dispositivi di estinzione dell'arco e dei contatti ausiliari.

Successivamente, si esegue la regolazione, la verniciatura, si riconnettono le sbarre e si effettuano le prove. Per tutti i lavori viene redatta la documentazione.

Oltre agli interruttori a olio, nelle reti ad alta tensione vengono utilizzati altri dispositivi di interruzione. Ad esempio, quelli ad esafluoruro di zolfo (SF6) e a vuoto. Sul nostro sito sono presenti altri articoli che descrivono dettagliatamente le caratteristiche e la struttura di questi tipi di interruttori, nonché le peculiarità del loro utilizzo:

• Interruttore sottovuoto: funzionamento e principio di funzionamento + sfumature di selezione e collegamento
• Interruttori a gas SF6: criteri di scelta e regole di collegamento

Conclusioni e video utili sull'argomento

Struttura, tipi, destinazione d'uso e funzionamento dell'MV:

Panoramica dettagliata del VMP-10:

Anche gli interruttori a olio soddisfano tutti i requisiti principali richiesti per gli interruttori che operano in condizioni di alta tensione. La maggior parte di essi è sicura e affidabile, garantisce un rapido spegnimento ed è semplice da installare. Nonostante ciò, i produttori cercano di garantire un'aderenza ancora maggiore ai requisiti richiesti per gli interruttori a olio (MV).

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