Il quadro ad alta-tensione è un dispositivo utilizzato nei sistemi di alimentazione per connettere, disconnettere e commutare circuiti ad alta-tensione. È disponibile in molte varietà, ciascuna con le proprie caratteristiche. I diversi tipi di apparecchiature differiscono significativamente in termini di capacità di estinzione dell'arco-, metodi di isolamento, scenari applicativi e metodi operativi. Queste differenze determinano il loro ruolo nella rete elettrica e la base per la selezione. Chiarire le differenze essenziali tra i vari tipi di apparecchiature è fondamentale per garantire la sicurezza del sistema, ottimizzare gli investimenti e migliorare l’efficienza operativa e di manutenzione.
Da un punto di vista funzionale, i quadri ad alta-tensione possono essere principalmente suddivisi in interruttori automatici, sezionatori, interruttori di carico, interruttori di messa a terra e apparecchi elettrici combinati. La loro differenza fondamentale sta nel fatto che possiedano capacità di estinzione dell'arco-e nei compiti che svolgono nel circuito. Gli interruttori automatici sono dotati di una camera di estinzione dell'arco-e di un meccanismo operativo completi, in grado di disconnettere in modo sicuro la corrente di carico e la corrente di cortocircuito-in condizioni normali o di guasto. Sono gli unici dispositivi nel sistema in grado di isolare in modo indipendente i guasti da cortocircuito-. I sezionatori, invece, non hanno capacità di estinzione dell'arco-e vengono utilizzati solo per creare un punto di disconnessione elettrica chiaro, garantendo il completo isolamento tra il circuito e l'alimentazione durante la manutenzione delle apparecchiature. Possono essere azionati solo dopo l'apertura dell'interruttore automatico. Gli interruttori di carico possono connettere e disconnettere circuiti entro un intervallo di carico specificato, ma in genere non possono interrompere le correnti di cortocircuito-e sono spesso utilizzati insieme ai fusibili per la protezione da cortocircuito-. Gli interruttori di messa a terra cortocircuitano-i conduttori del circuito a terra, rilasciando la carica residua e garantendo la sicurezza del personale di manutenzione; inoltre non hanno la capacità di interrompere le correnti di carico. Gli apparecchi elettrici combinati integrano queste molteplici unità funzionali in un unico alloggiamento chiuso, formando un dispositivo di controllo integrato compatto.
Esistono anche differenze significative nei mezzi di estinzione dell'arco-e di isolamento tra i diversi dispositivi. Gli interruttori automatici utilizzano vari mezzi di estinzione dell'arco-, comunemente tra cui vuoto, esafluoruro di zolfo (SF₆), basso-olio e aria compressa. Gli interruttori automatici in vuoto utilizzano l'ambiente sottovuoto per sopprimere la riaccensione dell'arco e presentano vantaggi quali dimensioni ridotte, lunga durata e facile manutenzione e sono ampiamente utilizzati nei sistemi di distribuzione di alimentazione da 12 kV a 40,5 kV. Gli interruttori automatici SF₆, con le loro eccellenti prestazioni di isolamento e di estinzione dell'arco-, sono adatti per sistemi da 72,5 kV e superiori ad alta-tensione e ultra-alta-tensione, ma il loro rispetto dell'ambiente ha spinto la ricerca su mezzi alternativi. Gli interruttori di carico utilizzano in genere i principi di estinzione dell'arco-a gas o dell'aria compressa-ad arco-, ottenendo strutture semplici e costi bassi. Sono comunemente utilizzati nell'alimentazione di reti ad anello e nella distribuzione dei terminali. I sezionatori, a causa del funzionamento poco frequente e dell'assenza di estinzione dell'arco, spesso utilizzano l'isolamento dell'aria e semplici strutture aperte.
Anche le differenze nella struttura e nell'aspetto sono significative. I sezionatori e gli interruttori di carico di tipo aperto-sono spesso disposti in una configurazione a staffa, con le parti sotto tensione esposte all'aria per una facile osservazione dello stato dei contatti, ma richiedono una distanza di sicurezza maggiore. Gli interruttori automatici e gli interruttori di carico a scatola-di tipo armadio-sono racchiusi in involucri metallici, offrendo elevati livelli di protezione e adattabilità ad ambienti interni, esterni e difficili. I sistemi elettrici combinati (GIS/HGIS) hanno un serbatoio sigillato o un corpo rettangolare esterno, riempito con gas SF₆, che integra interruttori automatici, sezionatori e trasformatori di strumenti in un'unica unità. Occupano un'area significativamente più piccola rispetto ai layout convenzionali e offrono una resistenza superiore all'inquinamento e prestazioni esenti da manutenzione-, ma richiedono un investimento iniziale più elevato.
Anche le modalità operative e i livelli di intelligenza costituiscono fattori di differenziazione. I tradizionali quadri ad alta-tensione si basano su meccanismi operativi a molla, idraulici o elettromagnetici per l'apertura e la chiusura locale, che richiedono ispezione manuale e manutenzione regolare. I moderni quadri ad alta-tensione, d'altro canto, generalmente integrano moduli elettrici di funzionamento e di controllo automatico, consentendo la comunicazione con i sistemi di protezione relè e di automazione delle sottostazioni per il monitoraggio remoto, il monitoraggio dello stato e la registrazione dei guasti. Alcuni-prodotti di fascia alta sono inoltre dotati di funzioni di rilevamento online delle scariche parziali e di previsione della durata, migliorando significativamente il livello di funzionamento e manutenzione intelligenti.
La differenza più evidente risiede negli scenari applicativi. Gli interruttori automatici, grazie alle loro complete capacità di interruzione dei guasti, sono apparecchiature di protezione essenziali per centrali elettriche, sottostazioni e linee di trasmissione principali. I sezionatori vengono utilizzati principalmente su entrambi i lati degli interruttori automatici o sulle sezioni delle sbarre collettrici, fornendo isolamento per la manutenzione. Gli interruttori di carico sono adatti per le unità principali dell'anello della rete di distribuzione e le sottostazioni prefabbricate in cui le variazioni di carico sono piccole e i livelli di corrente di cortocircuito-sono bassi. Gli interruttori di messa a terra sono posizionati su entrambe le estremità delle sezioni di manutenzione e vicino agli scaricatori di sovratensione e ai terminali dei cavi. Le apparecchiature elettriche combinate, grazie al loro ingombro ridotto e all'elevata affidabilità, sono ampiamente utilizzate nelle sottostazioni urbane, nelle sale di distribuzione sotterranee e nelle aree ad alta-altitudine fortemente inquinate.
In sintesi, le differenze nei quadri ad alta-tensione si riflettono in molteplici aspetti, tra cui il posizionamento funzionale, i metodi di estinzione e isolamento dell'arco, l'aspetto strutturale, il funzionamento intelligente e gli scenari applicabili. Comprendere queste differenze aiuta a prendere decisioni informate nella progettazione tecnica, nella selezione delle apparecchiature, nel funzionamento e nella manutenzione, sfruttando così appieno i punti di forza delle varie apparecchiature e garantendo il funzionamento sicuro, economico ed efficiente del sistema di alimentazione.