Apparecchiature di commutazione

Che cos'è un apparecchio di commutazione?

I circuiti elettrici, per loro stessa natura, gestiscono una capacità di carico predeterminata. Devono essere regolati per evitare che una corrente eccessiva surriscaldi i cavi e sovraccarichi il sistema. Un sistema sovraccarico rappresenta un pericolo per la sicurezza, in quanto può danneggiare componenti vitali e persino causare incendi di origine elettrica. Gli apparecchi di manovra servono a regolare le apparecchiature elettriche e a garantirne il funzionamento sicuro ed efficiente.

I componenti degli apparecchi di manovra includono interruttori di sezionamento, interruttori automatici, fusibili e scaricatori di sovratensione che conducono o interrompono il flusso di corrente elettrica. Quando si verifica una sovratensione, gli apparecchi di manovra interrompono il flusso di energia e proteggono i sistemi elettrici dai danni causati dal sovraccarico.

Perché è necessario un quadro elettrico?

I quadri elettrici sono progettati per proteggere le apparecchiature collegate a una rete elettrica dal rischio di sovraccarico. Gli apparecchi di commutazione elettrica proteggono macchine, elettrodomestici, motori e altri sistemi che contengono circuiti elettrici, controllando e regolando il flusso di corrente elettrica.

I quadri elettrici proteggono inoltre i tecnici addetti alla manutenzione e alla riparazione dai pericoli, separandoli dai circuiti sotto tensione. Elettricisti e aziende di servizi pubblici si affidano ai quadri elettrici per disattivare le apparecchiature e testare in sicurezza i circuiti, eseguire interventi di manutenzione ed eliminare i guasti a valle.

Come funziona un quadro elettrico?

Le apparecchiature di commutazione prevengono danni e interruzioni di servizio controllando il flusso di energia all'interno di un sistema elettrico. Sono in grado di isolare i circuiti interessati, alimentando contemporaneamente un carico da più fonti. Quando una sovratensione o un guasto elettrico fa scattare un interruttore automatico all'interno del quadro elettrico, i componenti di supporto interrompono e scaricano la corrente nel circuito sovraccarico, mantenendo al contempo l'alimentazione ai circuiti in funzione.

Quadri elettrici vs. apparecchiature di commutazione
I quadri elettrici e le apparecchiature di commutazione svolgono funzioni molto diverse. Hanno componenti hardware, tensioni, utilizzi e standard di sicurezza differenti. I quadri elettrici sono dispositivi a bassa tensione utilizzati in ambienti commerciali e industriali per trasmettere, reindirizzare e distribuire energia a singoli trasformatori, sistemi di controllo, pannelli di circuiti e carichi. Le apparecchiature di commutazione regolano il flusso di corrente elettrica per prevenire pericolose sovratensioni.

Tipi di apparecchiature di commutazione
In Nord America, secondo gli standard ANSI/IEEE e NEC 2014 per i sistemi elettrici che forniscono corrente alternata, vengono classificati tre tipi di apparecchiature di commutazione elettrica.

1. Le apparecchiature elettriche di commutazione a bassa tensione vengono utilizzate per sistemi che operano a meno di 1 kilovolt (kV).

2. Le apparecchiature elettriche di commutazione di media tensione operano a tensioni comprese tra 1 kV e 75 kV.

3. Le apparecchiature elettriche di commutazione ad alta tensione funzionano a tensioni comprese tra 75 kV e circa 230 kV.

Le apparecchiature di commutazione elettrica, se utilizzate all'esterno, devono essere alloggiate in un apposito contenitore con classificazione NEMA per proteggerle da manomissioni e dagli agenti atmosferici.

● Apparecchiature di manovra a bassa tensione
Le apparecchiature di manovra a bassa tensione comprendono interruttori, interruttori automatici di bassa tensione, interruttori differenziali, interruttori automatici miniaturizzati (MCB), interruttori automatici scatolati (MCCB), fusibili ad alta capacità di interruzione (HRC) e sezionatori elettrici di scarico.

Queste apparecchiature possono essere configurate per uso interno o esterno e possono essere progettate per funzionare a 208 volt, 240 volt, 480 volt, 600 volt e fino a 1000 volt. Gli impianti industriali, municipali e commerciali utilizzano comunemente quadri elettrici a bassa tensione per regolare l'alimentazione elettrica di sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC), illuminazione e altri impianti degli edifici.

● Apparecchiature di media tensione
I quadri elettrici di media tensione utilizzano isolatori a olio, gas o vuoto e interruttori automatici per interrompere il flusso di corrente in caso di sovratensione o guasto del sistema. Gli isolatori proteggono e raffreddano i componenti all'interno delle apparecchiature di commutazione elettrica, mentre l'interruttore automatico separa i contatti del circuito per espellere l'arco elettrico.

I sistemi per interni ed esterni sono generalmente classificati a 5 kV, 12 kV, 15 kV e 35 kV fino a 75 kV per indicare la tensione massima che possono gestire. Queste apparecchiature di commutazione elettrica sono comunemente impiegate nelle centrali elettriche e nelle sottostazioni di trasmissione. Sono inoltre utilizzate per controllare motori, circuiti di alimentazione e generatori in impianti industriali e commerciali.

● Apparecchiature di manovra ad alta tensione
Le apparecchiature di commutazione ad alta tensione controllano i sistemi di alimentazione che operano a una tensione minima di 75 kV. Queste apparecchiature elettriche di commutazione utilizzano sezionatori, interruttori di terra, meccanismi di commutazione ad alta corrente, fusibili e interruttori automatici per controllare, regolare, interrompere, isolare e scaricare la corrente.

Poiché qualsiasi guasto elettrico può generare un arco elettrico estremamente potente, le apparecchiature di commutazione elettrica ad alta tensione devono funzionare in modo continuo e affidabile. Queste apparecchiature di commutazione sono vitali per le attività che presentano un'elevata incidenza di guasti elettrici e che necessitano di disattivare regolarmente le apparecchiature. Si trovano comunemente nei grandi sistemi di trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica e negli impianti commerciali o industriali.

Tipi di isolamento per apparecchiature di commutazione
Con tensioni variabili, i quadri elettrici possono utilizzare diversi tipi di isolamento per proteggere i dispositivi sotto tensione dai guasti elettrici. Gli involucri dei quadri elettrici utilizzano i seguenti tipi di isolamento.

● Apparecchiature elettriche di commutazione isolate in gas
Gli interruttori isolati in gas (GIS) utilizzano gas esafluoruro di zolfo (SF6) pressurizzato per isolare i conduttori e i contatti ed estinguere la corrente d'arco generata da un guasto elettrico. L'anidride carbonica (CO2) rappresenta un'alternativa ecocompatibile all'SF6. La sostituzione dell'SF6 con la CO2 può ridurre le emissioni di gas serra di 10 tonnellate durante l'intero ciclo di vita dell'apparecchiatura.

● Apparecchiature elettriche di commutazione isolate in aria
Gli interruttori isolati in aria (AIS) utilizzano interruttori automatici che impiegano aria compressa o forza magnetica per allungare l'arco elettrico e consentirne l'estinzione.

● Apparecchiature elettriche di commutazione isolate in olio
Nei dispositivi di commutazione isolati in olio, l'olio minerale presente lungo il percorso dell'arco elettrico, creatosi quando i contatti percorsi dalla corrente si separano, viene vaporizzato e circondato da una bolla di gas idrogeno che esaurisce la corrente e impedisce la riaccensione dell'arco.

● Apparecchiature elettriche di commutazione isolate sottovuoto
Gli interruttori isolati sottovuoto eliminano le molecole che potrebbero essere ionizzate dalla corrente elettrica. Qualsiasi arco elettrico verrà allungato ed esaurito anche all'aumentare della tensione.

Installazione di apparecchiature di commutazione
Tutti gli apparecchi di commutazione elettrica devono essere installati da personale in possesso delle licenze appropriate, nel rispetto delle norme di sicurezza vigenti, delle linee guida edilizie e delle istruzioni del produttore. Una corretta installazione garantisce un'affidabilità operativa ottimale.