Rockwill RGIS Switchgear — Consideraciones para la Selección de Gas para Aplicaciones de 12 kV, 24 kV y 40.5 kV

Rockwill RGIS utiliza gases de aislamiento diferenciados en función de las clases de voltaje (N₂/aire seco para 12/24 kV, SF₆ para 40.5 kV, con g³ como alternativa ecológica). Esta selección es fundamentalmente una decisión de ingeniería que equilibra el rendimiento del aislamiento, la compacidad del equipo, la rentabilidad y las regulaciones medioambientales. Comprender esta lógica requiere primero una comparación exhaustiva de las propiedades de aislamiento y extinción de arcos de N₂, aire seco, SF₆ y g³.

Diferencias Fundamentales en Rendimiento de Aislamiento y Extinción de Arcos

1. Composición Principal

2. Resistencia dieléctrica (en relación con SF₆)

3. Mecanismo de Captura de Electrones

4. Capacidad de extinción de arcos (en relación con el aire)

5. Potencial de Calentamiento Global (GWP)

6. Consideraciones ambientales y de toxicidad

7. Temperatura de licuefacción (a presión de operación)

8. Sensibilidad a las Impurezas

Puntos Clave

• En primer lugar, el gradiente de rendimiento del aislamiento. El SF₆ y g³ pertenecen a la categoría superior, con una resistencia dieléctrica más de 2.5 veces la de N₂/aire seco. Esto significa que, a la misma tensión y distancias de aislamiento, el SF₆ o g³ pueden reducir el volumen del equipo a 1/3 o menos del de un armario aislado con aire. A través de una mezcla cuidadosa de fluoronitrilo y CO₂, g³ puede lograr un rendimiento de aislamiento casi equivalente al del SF₆ a la presión de diseño, eliminando el mayor obstáculo para los equipos de conmutación ecológicos compactos de 40.5 kV.
• En segundo lugar, la brecha en la capacidad de extinción de arcos. Las propiedades únicas de extinción de arcos termoquímica del SF₆ le permiten interrumpir corrientes altas de manera independiente. El N₂, el aire seco y el g³ carecen de esta capacidad. Por lo tanto, cualquier equipo de conmutación que utilice estos tres gases, independientemente del nivel de tensión, debe depender por completo de un interructor de vacío para la interrupción de corriente, con el gas actuando solo como medio aislante. Es por eso que la combinación de "interrucción de vacío + aislamiento con gas ecológico" se ha convertido en la tendencia principal de la industria.
• En tercer lugar, el compromiso de g³. g³ ofrece un rendimiento de aislamiento comparable al del SF₆ con un PGE extremadamente bajo, lo que lo convierte en un sustituto ideal. Sin embargo, su debilidad es una temperatura de licuefacción más alta a presión de operación, lo que lo hace inadecuado para su uso directo en regiones de extrema fría sin mezclar más CO₂ (lo que reduce ligeramente el aislamiento) o añadir calefacción/aislamiento. Su débil capacidad de extinción de arcos se compensa perfectamente con el interructor de vacío, permitiendo a g³ centrarse en sus fortalezas de aislamiento.

Con las diferencias anteriores en mente, la lógica de selección de gases de Rockwill para RGIS en diferentes niveles de tensión se vuelve clara.

Para 12 kV / 24 kV — N₂ o Aire Seco + Interructor de Vacío

A estos niveles de tensión, los requisitos de aislamiento son moderados. Al aumentar ligeramente la presión del gas (por ejemplo, 0.1-0.15 MPa de presión relativa), el N₂ o el aire seco pueden proporcionar suficiente resistencia dieléctrica para un diseño compacto sin introducir ningún gas de efecto invernadero. Utilizando el N₂ o aire seco, que son los más baratos, ecológicos y fáciles de mantener, junto con un interructor de vacío maduro, se cumple perfectamente con la promesa del producto de "alta rentabilidad y cero emisiones de gases de efecto invernadero durante todo el ciclo de vida". Además, el oxígeno traza en el aire seco ayuda a descomponer los depósitos de carbono de la descarga parcial, mejorando aún más la confiabilidad operativa.

Para 40.5 kV — SF₆ + Interructor de Vacío, o g³ como Alternativa

A 40.5 kV, el espacio de aislamiento se vuelve críticamente sensible. Si se usara N₂ o aire seco, incluso a la presión máxima permitida, el volumen del equipo se multiplicaría, perdiendo la compacidad que define a RGIS. Se debe introducir un gas de aislamiento de primera categoría.

La solución convencional utiliza SF₆, con su resistencia dieléctrica 2.5-3 veces mayor que la del aire, asegurando mínimos espacios eléctricos a baja presión (por ejemplo, 0.15 MPa) para una alta confiabilidad y compacidad. La estrategia de "SF₆ solo para aislamiento, interructor de vacío para interrupción" elimina fundamentalmente grandes cantidades de subproductos tóxicos de la descomposición del arco y simplifica el mantenimiento.

La actualización lista para el futuro introduce g³. Dentro del mismo espacio compacto, las mezclas de g³ ofrecen un aislamiento prácticamente equivalente al del SF₆ mientras reducen el PGE a menos de 500, totalmente alineado con las regulaciones globales cada vez más estrictas sobre gases F. Los actuales obstáculos para la implementación a gran escala de g³ a 40.5 kV son la adaptabilidad a bajas temperaturas y el costo inicial. A medida que las formulaciones se mejoren y la cadena de suministro madure, g³ se convertirá en la dirección definitiva para la evolución ecológica de RGIS de 40.5 kV.

Resumen

La filosofía de selección de gases para RGIS, basada en una clara comprensión de los límites físicos fundamentales de N₂, aire seco, SF₆ y g³ en términos de rendimiento de aislamiento y extinción de arcos, utiliza la herramienta más apropiada para resolver el desafío principal en cada nivel de tensión:

• Baja y media tensión (12/24 kV): Utilizar la combinación "gas verde + vacío" — ecológica, económica y completamente libre de SF₆.
• Alta tensión (40.5 kV): Implementar SF₆ primero para mantener la compacidad y confiabilidad como pilares, mientras se posiciona g³ como reserva tecnológica — acercándose continuamente a un nuevo óptimo de Pareto entre rendimiento y responsabilidad ambiental.

Estudio de Caso de RGIS de Rockwill y Proyecto de Interruptor de Conmutación con Aislamiento de Gas en Ghana

Editado por：Garca