Impianti elettrici: apparecchi di manovra e protezione

IMPIANTI ELETTRICI: APPARECCHI DI MANOVRA E PROTEZIONE

Gli apparecchi di manovra e protezione hanno il compito di condurre una determinata corrente ed

eseguire operazioni di apertura e chiusura di un circuito elettrico.

Essi possono essere classificati in base alla tipologia di funzionamento (a vuoto/ sotto carico) e in

base al tipo di comando (automatico/manuale).

PRINCIPALI APPARECCHI

• Interruttore: apparecchio in grado di condurre ininterrottamente una corrente elettrica fino

ad un determinato valore in condizioni di normale funzionamento. Deve essere, inoltre, in

grado di aprire e chiudere il circuito attraversato da una corrente di guasto, che può

raggiungere valori pari a 6-8 volte la corrente nominale dell'impianto. In condizioni di

guasto, la conduzione di corrente è limitata ad un tempo massimo che dipende dal modello

di interruttore.

L'interruttore presenta quindi due posizioni stabili (aperto/chiuso) e l'interruzione di corrente

avviene all'interno dell'apparecchio stesso. Quando l'interruttore è aperto, i poli sono isolati

mediante un mezzo isolante (aria, vuoto, gas, olio).

• Interruttore di manovra: apparecchio in grado di stabilire e condurre una corrente in modo

continuativo e interrompere una corrente in condizioni di normale funzionamento fino ad un

valore determinato. Non può interrompere correnti elevate ma può chiudere il circuito su di

esse. Come l'interruttore, presenta due posizioni di funzionamento stabili (aperto/chiuso).

• Sezionatore: apparecchio in grado di condurre ininterrottamente una determinata corrente in

condizioni di normale funzionamento e, per un tempo specificato dal costruttore, una

sovracorrente in condizioni anormali (fino ad un valore determinato). Il sezionatore può

aprire o chiudere un circuito soltanto a vuoto, cioè senza passaggio di corrente. Nella

posizione aperta, la distanza di sezionamento è più alta di quella dell'interruttore, garantendo

maggiore sicurezza.

• Interruttore di manovra e sezionamento: è anche chiamato "sezionatore sotto carico".

Non è altro che un interruttore di manovra che garantisce un sezionamento pari a quello del

sezionatore quando è aperto. Non riesce però ad arrivare al potere di interruzione tipico

dell'interruttore, pure permettendo di eseguire manovre sotto carico.

• Interruttore estraibile: è un interruttore che, oltre alle due posizioni stabili di

aperto/chiuso, presenta una terza posizione ("stato estratto"), che garantisce il sezionamento

del circuito.

• Contattore (Teleruttore): dispositivo di manovra e, in parte, di interruzione. E' usato

tipicamente in impianti industriali, a monte di circuiti che alimentano motori o sistemi di

accumulo poiché è in grado di lavorare ad elevate frequenze di manovra. Può quindi aprire e

chiudere rapidamente un circuito ed, eventualmente, interrompere una corrente di

sovraccarico. Presenta stabilmente solo la posizione aperta; la posizione chiusa è possibile

solo in presenza di un comando esterno, solitamente di tipo elettromagnetico (bobina +

molla).

• Fusibile: apparecchio costituito da un metallo in serie col circuito. Quando viene

attraversato da una sovracorrente, il metallo si riscalda ed arriva a temperatura di fusione,

interrompendo il circuito.

INTERRUTTORI

Gli interruttori possono essere classificati in base alla tipologia di estinzione dell'arco elettrico.

Interruttori in olio ridotto

Sono stati tra i primi interruttori ad essere utilizzati e stanno gradualmente cadendo in disuso. Sono

costituiti da una camera cilindrica verticale per ogni polo (in genere sono tripolari) a tenuta stagna e

riempita di olio.

Sono caratterizzati dalla seguente sequenza di interruzione:

1. Nasce un arco elettrico alla separazione dei contatti

2. Avviene un riscaldamento con seguente ionizzazione dell'olio

3. Si formano bolle di gas all'interno del volume d'olio

4. Tale gas crea un aumento di pressione che favorisce la circolazione dell'olio tra i contatti

dell'interruttore

5. Viene quindi ripristinata la rigidità dielettrica dell'isolante

6. Avviene un graduale ma rapido raffreddamento con conseguente estinzione dell'arco

elettrico

Tali interruttori sono particolarmente adatti a correnti induttive, mentre possono presentare dei

problemi con correnti capacitive, le quali possono provocare ri-adescamenti dell'arco elettrico.

Interruttori ad aria compressa

Garantiscono elevate prestazioni e sono quindi utilizzati nei sistemi di alta tensione (220-380 kV).

Essendo però costituiti da un impianto in pressione, necessitano di un maggiore costo di

manutenzione. Altri due svantaggi sono: i problemi acustici legati all'elevato rumore che producono

in caso di intervento e l'impossibilità di una regolazione del getto d'aria in funzione della corrente di

guasto da interrompere.

Il principio di funzionamento è semplice ed intuitivo: all'apertura dei contatti consegue una

ionizzazione dell'aria con sviluppo di un arco elettrico. Tale arco viene estinto mediante un getto di

aria compressa che produce il duplice effetto di allungare il percorso dell'arco (aumentando così la

resistenza elettrica che esso incontra e di raffreddarlo.

Interruttori ad esafluoruro di zolfo (SF6)

Sono interruttori più moderni che hanno progressivamente sostituito le vecchie tipologie in impianti

di alta e media tensione. Sfruttano le ottime proprietà isolanti dell'SF6, gas che presenta le seguenti

caratteristiche fisiche:

 Elevata rigidità dielettrica

 Elevato coefficiente di trasmissione termica

 Elevata stabilità chimica (fino a 200 gradi centigradi)

 Capacità di interrompere correnti fino a 5 volte maggiori rispetto agli interruttori ad aria

 Non è tossico, aggressivo o infiammabile

E' costituito da una camera cilindrica stagna per ogni polo, all'interno della quale è presente il gas

SF6 in pressione e i due contatti (solitamente uno fisso e uno mobile).

Funziona mediante la seguente sequenza di interruzione:

1. Distacco dei contatti principali: il contatto mobile comprime il gas nella camera inferiore e

lo fa fluire nella camera superiore mediante valvole. Le camere vengono portate alla stessa

pressione.

2. Distacco contatti rompiarco: si instaura l'arco elettrico, gli ugelli sono ancora tappati.

3. Le correnti modeste si estinguono al primo passaggio per lo zero. Per correnti elevate, l'arco

elettrico viene estinto da un'onda di pressione generata dal gas.

Per tali motivi presenta una caratteristica unica e molto importante: è capace di effettuare

un'autoregolazione del meccanismo di spegnimento dell'arco in base all'entità della corrente da