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Interruttore automatico per esterni (tipo “dog-house”) per la commutazione e la protezione di circuiti in funzione

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Dog-house Breaker

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L'interruttore a vuoto per esterni (tipo “dog-house”) è un interruttore di media tensione per esterni in cui uno o più interruttori a vuoto sono racchiusi in un involucro metallico resistente alle intemperie, comunemente chiamato “dog-house” per via della sua caratteristica struttura a tetto. L’alloggiamento protegge gli interruttori, il meccanismo di azionamento e le apparecchiature di controllo da pioggia, polvere, luce solare, ghiaccio e altre condizioni ambientali.

Questi interruttori sono comunemente utilizzati nelle sottostazioni di distribuzione, negli impianti industriali, negli impianti di energia rinnovabile e nelle reti di distribuzione dei servizi pubblici per la commutazione e la protezione di circuiti che operano tipicamente tra 7,2 kV e 38 kV.

Costruzione
I componenti principali includono:
·Alloggiamento a “dog-house” – Un armadio metallico resistente alle intemperie che protegge i componenti interni.
·Interruttori a vuoto – Camere a vuoto sigillate che interrompono le correnti di guasto estinguendo l’arco elettrico nel vuoto.
·Meccanismo di azionamento – Solitamente un meccanismo azionato a molla, guidato da un motore elettrico per la carica.
·Passanti isolati – Garantiscono collegamenti isolati tra i conduttori esterni e gli interruttori.
·Quadro di comando – Contiene relè, bobine di sgancio e di chiusura, contatti ausiliari e apparecchiature di monitoraggio.
·Struttura di supporto – Telaio in acciaio o piedistallo per l’installazione all’aperto.
·Scaricatori di sovratensione (opzionali) – Proteggono le apparecchiature dai fulmini e dalle sovratensioni di commutazione.

Principio di funzionamento
1. In condizioni di funzionamento normali, i contatti dell’interruttore rimangono chiusi e conducono la corrente di carico.
2. Quando viene rilevato un guasto, un relè di protezione invia un segnale di sgancio.
3. Il meccanismo di azionamento separa rapidamente i contatti all’interno dell’interruttore a vuoto.
4. Tra i contatti si forma brevemente un arco a vapori metallici.
5. Al successivo passaggio per lo zero della corrente alternata, il vuoto estingue l’arco quasi istantaneamente poiché non vi è gas che possa sostenere la ionizzazione.
6. La rigidità dielettrica all’interno del vuoto si ripristina molto rapidamente, impedendo il riaccensione dell’arco.
7. Il circuito difettoso viene isolato in modo sicuro.

Caratteristiche principali
·Installazione: all’aperto
·Intervallo di tensione: tipicamente 7,2–38 kV
·Mezzo di interruzione: vuoto
·Serbatoio: involucro metallico a forma di «cuccia» resistente alle intemperie
·Meccanismo di azionamento: azionato a molla, caricato a motore
·Montaggio: su basamento, su piedistallo o su telaio di sottostazione
·Manutenzione: ridotta grazie agli interruttori sottovuoto sigillati

Vantaggi
·Eccellenti prestazioni di spegnimento dell’arco.
·Lunga durata di servizio elettrica e meccanica.
·Manutenzione minima grazie agli interruttori a vuoto sigillati.
·Nessuna gestione di gas isolanti come l’SF6.
·Design compatto con meccanismo di azionamento protetto.
·Elevata affidabilità in ambienti esterni difficili.
·Adatto a frequenti operazioni di commutazione.
·Rispettoso dell’ambiente grazie all’assenza di gas isolanti ad effetto serra.

Svantaggi
·Generalmente limitato alle applicazioni a media tensione.
·Gli interruttori a vuoto non sono riparabili e devono essere sostituiti al raggiungimento della fine del ciclo di vita.
·Costo iniziale più elevato rispetto ad alcuni interruttori a olio, sebbene i costi del ciclo di vita siano inferiori.

Applicazioni tipiche
·Sottostazioni di distribuzione
·Linee di alimentazione delle utenze
·Sistemi di alimentazione industriali
·Attività minerarie
·Impianti di energia rinnovabile (solare ed eolica)
·Stabilimenti produttivi
·Distribuzione elettrica nei campus
·Impianti di trattamento delle acque e delle acque reflue

Caratteristiche nominali tipiche
·Tensione nominale: 7,2–38 kV
·Frequenza nominale: 50/60 Hz
·Corrente nominale: 630–4.000 A
·Corrente di interruzione in cortocircuito: 16–40 kA
·Resistenza meccanica: 10.000–30.000 operazioni o più
·Mezzo di interruzione: vuoto

Classi di tensione comuni
·7,2 kV
·12 kV
·15 kV
·17,5 kV
·24 kV
·27 kV
·36 kV
·38 kV

Norme di riferimento
·IEC 62271-100 – Requisiti per gli interruttori in corrente alternata, compresi molti modelli di interruttori a vuoto per uso esterno.
·IEC 62271-1 – Requisiti generali per apparecchiature di commutazione e controllo ad alta tensione.
·IEEE C37.04 – Definisce i valori nominali per gli interruttori di alta tensione in corrente alternata.
·IEEE C37.09 – Tratta le procedure di prova per la verifica delle prestazioni.

Perché viene chiamato interruttore “Dog-house”?
Il termine “dog-house” è un soprannome utilizzato nel settore, non una designazione formale prevista dalle norme. Si riferisce all’involucro coperto e resistente alle intemperie dell’interruttore, che ricorda una piccola cuccia per cani. L’involucro protegge gli interruttori a vuoto e il meccanismo di azionamento dall’esposizione agli agenti atmosferici, consentendo al contempo all’interruttore di funzionare in modo affidabile all’aperto.

Riepilogo
Un interruttore di media tensione a vuoto per esterni (Dog-house) è un dispositivo di commutazione robusto e resistente alle intemperie che utilizza interruttori a vuoto per interrompere le correnti di carico e di guasto. Il suo design compatto, la lunga durata, le ridotte esigenze di manutenzione e il funzionamento ecocompatibile lo rendono la scelta preferita per le sottostazioni di distribuzione all’aperto e i sistemi di alimentazione industriali.