Ricordo la prima volta che mi sono trovato di fronte a un grosso interruttore automatico durante una visita allo stabilimento, anni fa. Aveva le dimensioni di un piccolo frigorifero e l'elettricista che mi ha accompagnato in giro ha detto: "Questa cosa può interrompere abbastanza corrente da illuminare una piccola città. Ma all'interno, in realtà è solo un interruttore fantasioso che sa quando arrendersi".
Non aveva torto. Nel suo cuore,un interruttore automatico aereo– o ACB come lo chiamano molti di noi – fa quello che fa qualsiasi interruttore automatico: trasporta corrente quando le cose vanno bene e interrompe la corrente quando le cose vanno male. Ma vale la pena capire come lo fa, soprattutto con il tipo di correnti di cui parliamo in ambienti industriali.
Il lavoro di base
Un ACB è progettato per lavori a bassa-tensione, in genere sotto i 600 volt, anche se li vedrai in tutti i tipi di applicazioni . Sono i pezzi grossi nel mondo dei quadri elettrici, in grado di gestire correnti da poche centinaia di A fino a 6300 A in alcuni casi. Li troverai a protezione di trasformatori, generatori, quadri di distribuzione principali: i luoghi in cui, se qualcosa si guasta, vuoi che fallisca in sicurezza.
La parte "aria" del nome indica quale mezzo utilizza l'interruttore per estinguere l'arco quando i contatti si aprono. A differenza dei demolitori a olio o SF6 che utilizzano altri materiali, gli ACB svolgono il loro lavoro direttamente in aria a pressione atmosferica.
Ciò che c'è dentro è importante
Prima di iniziare a lavorare, parliamo di cosa c'è effettivamente dentro una di queste cose.
I contatti principali sono quelli che trasportano corrente durante il normale funzionamento. Sono realizzati in argento-tungsteno o leghe simili che resistono alla saldatura e all'erosione. Quando l'interruttore è chiuso, questi contatti vengono premuti insieme dalla pressione della molla e la corrente scorre attraverso.
Sopra o attorno a questi contatti principali troverai i contatti ad arco. Questi sono progettati per sopportare il peso maggiore del danno quando l'interruttore si apre. Entrano in contatto prima che la rete si chiuda e si separano dopo l'apertura della rete, quindi l'arco si forma su di loro invece che sulle superfici principali-conduttrici di corrente. Design intelligente.
Poi c'è lo scivolo ad arco: una pila di piastre metalliche disposte in modo che un arco attirato al suo interno venga diviso in segmenti più piccoli e raffreddato fino a quando non riesce più a sostenersi. Pensatelo come un labirinto attraverso il quale l'arco deve attraversare e, quando raggiunge la fine, ha esaurito l'energia.
Il meccanismo operativo è ciò che muove tutto. Negli ACB più grandi, si tratta spesso di un meccanismo di accumulo di energia: molle che vengono caricate manualmente o da un piccolo motore, pronte a chiudere o aprire i contatti con velocità costante indipendentemente da come l'operatore muove la maniglia.
Funzionamento normale: solo passaggio di corrente
Quando tutto va bene, l'ACB resta lì a fare il suo lavoro. La corrente entra attraverso un terminale, passa attraverso i contatti ed esce dall'altro lato. Lo sganciatore, sia esso termico, magnetico o elettronico, monitora continuamente la corrente.
Negli interruttori magnetotermici- è presente una striscia bimetallica che si riscalda in base alla corrente che la attraversa. La corrente normale lo mantiene caldo ma non abbastanza da piegarsi. C'è anche una bobina magnetica che produce un campo magnetico proporzionale alla corrente.
Nei moderni sganciatori elettronici, i trasformatori di corrente su ciascuna fase inviano segnali a un microprocessore che rileva eventuali guasti. Questi sono molto più precisi e possono essere regolati per diverse curve di intervento e funzioni.
Quando le cose vanno male – La sequenza del viaggio
Ecco dove diventa interessante. Supponiamo che si verifichi un cortocircuito a valle. La corrente arriva fino a migliaia di ampere in millisecondi.
In un interruttore magnetotermico, l'elevata corrente crea istantaneamente un forte campo magnetico attorno alla bobina. Il campo tira un'armatura che fa scattare il meccanismo, aprendo i contatti. Ciò avviene in circa 10 millisecondi, meno di mezzo ciclo.
In un interruttore scattato elettronicamente, il microprocessore rileva la sovracorrente e invia un segnale a uno sganciatore o rilascia un fermo magnetico. In ogni caso, il meccanismo operativo viene rilasciato.
L'arco – e come ucciderlo
Quando i contatti iniziano a separarsi, la tensione cerca di mantenere la corrente che scorre attraverso lo spazio. L'aria ionizza, diventa conduttiva e si forma un arco. Questo arco può raggiungere temperature di diverse migliaia di gradi. Se lasciato solo, avrebbe distrutto i contatti e avrebbe continuato a condurre finché qualcosa non si fosse sciolto.
È qui che lo scivolo ad arco guadagna il suo posto. Quando il contatto mobile si allontana, l'arco viene attirato verso l'alto – soffiato magneticamente dal campo della corrente stessa o guidato meccanicamente – nella pila di piastre metalliche. Ciascuna piastra divide l'arco in archi più piccoli in serie. Ogni divisione aggiunge una caduta di tensione e le piastre raffreddano l'arco. Alla fine, la tensione richiesta per mantenere tutti questi piccoli archi supera quella che il sistema può fornire e l’arco si spegne.
L'intero processo richiede dai 25 ai 40 millisecondi per un tipico ACB. Non istantaneo, ma abbastanza veloce da limitare i danni.
Energia immagazzinata: perché i grandi demolitori non fanno affidamento sui muscoli
Se hai mai azionato manualmente un ACB di grandi dimensioni, sai che non basta girare una maniglia. Si caricano prima le molle pompando una leva o lasciando funzionare un motore. L'energia immagazzinata è ciò che chiude i contatti: velocemente e con forza, indipendentemente da quanto lentamente ti muovi.
Ciò è importante perché la velocità di contatto influisce sull'estinzione dell'arco. Se chiudi lentamente, i contatti potrebbero rimbalzare o formarsi un arco prima che siano completamente fissati. Se si apre lentamente, l'arco resta fermo troppo a lungo. I meccanismi di energia immagazzinata garantiscono una velocità costante ogni volta.
La differenza tra ACB e interruttori più piccoli
Le persone a volte confondono gli ACB coninterruttori scatolati stampatio MCCB. In un certo senso sono entrambi interruttori d'aria, ma gli ACB sono generalmente più grandi, hanno valori di corrente continua più elevati e spesso includono protezione e monitoraggio più sofisticati.
Gli ACB sono inoltre progettati per essere riparabili. Puoi aprirli, ispezionare i contatti, sostituire gli scivoli ad arco e regolare le impostazioni. Un interruttore con custodia stampata è solitamente sigillato: una volta terminato, si sostituisce l'intera unità.
Un'altra differenza sta nel modo in cui gestiscono la corrente di guasto. Gli MCCB sono progettati per limitare la corrente: si interrompono così velocemente che la corrente di guasto non raggiunge mai il suo picco completo. Gli ACB sono costruiti per resistere al guasto per un breve periodo mentre i dispositivi a valle risolvono il problema. Questa selettività è fondamentale nei sistemi di grandi dimensioni in cui non si desidera che l'interruttore principale scatti per ogni piccolo guasto su un circuito derivato.
Idee sbagliate comuni
Ho sentito dire che gli ACB sono obsoleti, sostituiti dal vuoto o dall'SF6. Non è vero per la bassa tensione. L'aria è libera, non perde e non richiede un trattamento speciale. Per tensioni inferiori a 1000 V, i demolitori sono ancora i cavalli di battaglia.
Un'altra: che gli ACB sono tutti uguali. Non lo sono. Alcuni utilizzano semplici interruttori termici, altri hanno un controllo completo tramite microprocessore con comunicazione con i sistemi di gestione dell'edificio. Il principio di base è lo stesso, ma la sofisticazione varia ampiamente.
E quello che mi fa impazzire: "Se è scattato, ripristinalo e riaccendilo". No. Scopri prima perché è scattato. Gli interruttori non inciampano senza motivo.
Concludendo
Allora come funziona un interruttore automatico in aria? Trasporta corrente quando dovrebbe, rileva quando la corrente supera i livelli di sicurezza, apre i contatti per interrompere quella corrente e utilizza le proprietà dell'aria e un design meccanico intelligente per estinguere l'arco risultante. Lo fa in modo affidabile, ripetuto e senza gas o oli speciali.
La prossima volta che ne passerai davanti a uno in una sottostazione o in un impianto, saprai cosa sta succedendo all'interno di quella scatola di metallo. E apprezzerai l'ingegneria che lo lascia seduto lì in silenzio per anni, in attesa di quella frazione di secondo in cui deve fare il suo lavoro.
Se stai lavorando coninterruttori automatici aereie se non sei sicuro di quale modello si adatti alla tua configurazione, di come impostare le impostazioni di protezione o semplicemente di voler affrontare una situazione difficile con qualcuno che è stato lì, sono felice di aiutarti. Nessun sovraccarico di gergo tecnico, nessun discorso invadente sulle vendite: solo consigli pratici e onesti derivanti da anni di esperienza-pratica.
Che tu stia valutando l'attrezzatura per un nuovo progetto, inseguendo un viaggio fastidioso o pensando di aggiornare un'installazione esistente, sentiti libero di contattarci. Assicuriamoci che i tuoi demolitori facciano esattamente quello che dovrebbero fare quando conta di più.
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