Tempo di funzionamento dell'interruttore e tempo di intervento: cosa significano e perché sono importanti

Un tecnico di manutenzione in un'officina di quadri di bassa tensione ha preso un certificato di prova di routine per un interruttore automatico scatolato da 400 A e ha notato due numeri che non sembravano concordare: tempo di intervento 18 ms, tempo di funzionamento 23 ms. Entrambe le figure sono stampate sullo stesso documento, ma descrivono fasi diverse della stessa sequenza di eliminazione dei guasti. In parole povere: tempo di intervento è la velocità con cui lo sganciatore rileva la sovracorrente e comanda l'apertura del meccanismo, mentre tempo di funzionamento è la velocità con cui il meccanismo separa i contatti. Aggiungendo il tempo d'arco si raggiunge il tempo totale di sgombero effettivamente utilizzato dagli studi sul coordinamento della protezione.

Questo articolo spiega entrambe le definizioni, fornisce valori tipici da standard e dati sul campo e identifica i componenti che controllano ciascun intervallo.

Tempo di funzionamento: la metà meccanica dell'equazione

Il tempo di intervento, chiamato anche tempo di apertura o tempo di intervento meccanico, viene misurato dal momento in cui viene eccitato lo sganciatore fino all'istante in cui tutti i poli raggiungono la separazione dei contatti. La norma IEC 60947 utilizza questo limite per i test delle apparecchiature a bassa tensione e lo stesso intervallo appare nei rapporti sui tempi ANSI e nelle stampe dell'analizzatore degli interruttori automatici. Si tratta di una quantità puramente meccanica: contribuiscono l'attrito del dispositivo di chiusura, la forza della molla di azionamento, la massa dei contatti mobili, i giochi dei collegamenti e la corsa dei contatti. Qui non è incluso nulla sulla velocità di rilevamento del rilascio.

Queste variabili meccaniche spiegano perché il tempo di funzionamento varia in base alla classe dell'apparecchiatura. Lo studio sulla tempistica degli interruttori automatici dell'EPRI, che riassumeva i test sul campo per diverse famiglie di interruttori di media e alta tensione, ha riportato tempi di apertura da 23 a 42 ms e tempi di chiusura da 50 a 95 ms a seconda del modello e del meccanismo. Gli interruttori scatolati a bassa tensione sono generalmente più veloci perché i loro contatti sono più leggeri e la corsa è più breve.

Tempo di intervento: la risposta al rilascio

Il tempo di intervento è la fase di rilevamento. Inizia quando inizia una corrente di guasto e termina quando lo sganciatore aziona il meccanismo di sgancio. In un interruttore magnetotermico due elementi realizzano insieme questa fase. Il bimetallo risponde alla temperatura e protegge la zona di sovraccarico; la bobina elettromagnetica reagisce quasi istantaneamente alle correnti elevate. Il confronto tecnico di ABB sulle caratteristiche di intervento degli interruttori magnetotermici descrive la stessa suddivisione: lo sganciatore elettromagnetico fornisce protezione istantanea da cortocircuito, mentre l'elemento termico copre i sovraccarichi. Gli sganciatori elettronici aggiungono programmabilità, con impostazioni a lungo termine, a breve ritardo e istantanee che consentono un ritardo intenzionale per il coordinamento a valle.

A causa di questo doppio design, il tempo di intervento non ha un numero fisso. A 1,5 volte la corrente nominale, un intervento per sovraccarico può richiedere minuti; a livello di cortocircuito, lo stesso interruttore può reagire in un tempo compreso tra 2 e 20 ms, a seconda della progettazione dello sganciatore e dell'entità della corrente.

Tempo di compensazione totale: somma delle fasi

Il valore di cui hanno bisogno gli ingegneri in materia di protezione è il tempo totale di eliminazione, che comprende ogni ritardo dall'inizio del guasto al momento in cui l'arco si spegne e il flusso di corrente si interrompe. La convenzione lo divide in tre intervalli:

Lettura di una curva di intervento tempo-corrente

La curva tempo-corrente, o curva di intervento, visualizza entrambe le grandezze contemporaneamente. È disegnato su assi logaritmici: l'asse verticale è il tempo di intervento e l'asse orizzontale è la corrente come multiplo della corrente nominale. La curva è inversa, ovvero maggiore è la corrente, minore è il tempo di intervento, fino al raggiungimento della soglia istantanea magnetica o elettronica. A quel punto la curva si appiattisce fino a raggiungere un valore quasi costante di pochi millisecondi. Gli ingegneri della protezione confrontano le curve a valle e a monte per confermare che un guasto dell'alimentatore si risolve prima che entri in funzione l'interruttore in ingresso e che la normale corrente di avviamento del motore rimanga al di sotto della regione termica.

Cosa succede all'interno: componenti che determinano i tempi

Ciò che accade all'interno di un interruttore collega questi numeri all'hardware fisico. Quando lo sganciatore entra in funzione, un dispositivo di chiusura si sblocca e una molla di azionamento accelera il gruppo del contatto mobile. Il contatto mobile si separa dal contatto fisso disegnando un arco che viene spinto nello scivolo dell'arco. Le piastre Deion dividono e raffreddano l'arco finché non si spegne. Ogni fase contribuisce al tempo: il rilascio controlla il tempo di intervento, il gruppo dei contatti e il tempo di funzionamento del controllo della molla, e lo scivolo dell'arco controlla il tempo dell'arco.

Per i produttori di interruttori e i centri di riparazione che assemblano gli interruttori dalle parti, questi non sono concetti di progettazione astratti. Il gruppo di saldatura a contatto mobile definisce la massa in movimento e l'allineamento del contatto; una parte più pesante o disallineata ritarda visibilmente l'apertura. Uno sganciatore con elevata inerzia della bobina o corsa irregolare del pistone aumenta il tempo di intervento. Uno scivolo dell'arco sottodimensionato o eroso estende l'arco, aumentando l'usura dei contatti e la temperatura della camera. Le scelte dei componenti quindi appaiono direttamente nei risultati dei test di cronometraggio.

Le tre parti mostrate nella sequenza sono quelle che un fornitore di componenti deve realizzare correttamente. Per i cicli di produzione, il gruppo dei contatti mobili, lo sganciatore e lo scivolo dell'arco, insieme alle tolleranze della molla e dell'allineamento, determinano se un lotto di interruttori supera un test di temporizzazione al primo tentativo.

Assemblaggio di saldatura a contatto mobile con custodia stampata serie KYM Questo gruppo di contatti mobili è un sottogruppo fondamentale per le prestazioni di temporizzazione dell'MCCB. La pagina mostra una gamma completa di attrezzature per saldatura e rivettatura, rendendola utile per gli acquirenti che necessitano di una produzione in lotti affidabile. Visualizza il prodotto →

Sganciatore MCCB serie FT30 Questo sganciatore è essenziale per lo sgancio a distanza negli interruttori scatolati. La pagina del prodotto indica il design modulare e le tensioni nominali, quindi vale la pena verificare se è necessario uno sganciatore affidabile per l'assemblaggio dell'interruttore. Visualizza il prodotto →

Gruppo scivolo ad arco MCCB serie KYM Questo gruppo dello scivolo d'arco influenza direttamente le prestazioni di interruzione dell'interruttore. La pagina riporta una configurazione completa di produzione e test, rendendola rilevante per i produttori che mirano a superare i test di cronometraggio in modo coerente. Visualizza il prodotto →

Questi sono esempi rappresentativi della gamma fornita da Kaiyuanfeng per interruttori scatolati da 100 A a 800 A e interruttori a telaio da 1600 A a 4000 A. L'elenco completo delle parti strutturali è disponibile nel Catalogo dell'assieme dei componenti dell'MCCB .

Verifiche pratiche per acquirenti e ingegneri di test

Gli ingegneri che valutano i componenti dell'interruttore o che esaminano i certificati di temporizzazione durante la messa in servizio, possono ridurre i rischi con alcuni controlli. Innanzitutto, conferma ciò che ha misurato il certificato: risposta al rilascio, separazione dei contatti o cancellazione totale. Le etichette sui rapporti dei diversi produttori non sono sempre identiche. In secondo luogo, confrontare il tempo di funzionamento misurato con la curva di viaggio in tempo reale; se si discosta di oltre il 20-30% dal valore della scheda tecnica, sospettare molle usurate, contatti erosi o impostazioni di rilascio errate. In terzo luogo, quando si acquistano componenti per la produzione, verificare la coerenza del lotto nella massa di contatto, nella rigidità della molla e nell'allineamento, poiché la tempistica è una prestazione sensibile alla tolleranza.

• Richiedi i dati dei test temporali, non solo il disegno della curva di intervento, quando qualifichi un nuovo fornitore.
• Verificare che gli sganciatori accessori interni (sganciatore a lancio di corrente, sganciatore di minima tensione) siano testati alla tensione di controllo nominale.
• Durante la manutenzione, misurare il tempo di apertura del meccanismo prima e dopo la sostituzione dei contatti per monitorare l'usura.
• Mantenere gruppi di contatti e scivoli d'arco di ricambio provenienti dallo stesso lotto di produzione per preservare tempistiche ripetibili.

Per chiunque desideri un rapido aggiornamento visivo su come le parti interne si relazionano alla sequenza temporale, il guida a cosa c'è dentro un interruttore automatico scatolato è un compagno utile.

Domande frequenti sul tempo di funzionamento e sul tempo di intervento dell'interruttore automatico