¿Por qué las unidades de anillo sin SF6 favorecen la "interrupción al vacío + aislamiento con gas ecológico" en lugar de la ruta de aislamiento totalmente sólido?

Entre las vías técnicas para reemplazar el gas SF6 tradicional en los centros de distribución ecológicos, el enfoque actual predominante es la "interrupción al vacío + aislamiento con gas ecológico" (utilizando aire seco, nitrógeno o mezclas de gases C4/C5). Aunque la ruta del "aislamiento totalmente sólido" surgió antes, no se ha convertido en la opción dominante debido a limitaciones físicas inherentes y desafíos de fabricación.

Las razones técnicas fundamentales son las siguientes:

1. Autorestitución del medio aislante (una diferencia física crítica)

• Ruta del gas ecológico: El aislamiento gaseoso tiene propiedades de autorestitución. Si ocurre un flashover instantáneo dentro del equipo debido a rayos o sobretensiones de conmutación, la resistencia dieléctrica del gas se recupera inmediatamente después de que se extingue el arco, permitiendo que el equipo continúe funcionando.

• Ruta totalmente sólida: La ruptura en materiales de aislamiento sólidos como la resina epoxi es irreversible. Una vez que ocurren descargas internas de árbol o ruptura, la estructura de aislamiento sufre daños permanentes de carbonización, convirtiendo todo el módulo en chatarra. La tolerancia a fallos es extremadamente baja.

Rockwill Serie RAR de interruptores de gas aislado sin SF6/RMU

2. Desafíos en el estrés térmico y el control de la descarga parcial (PD)

Este es el problema más intratable para el aislamiento totalmente sólido (particularmente relevante para su investigación sobre procesos de empaquetado blando y control de estrés térmico).

• Ruta totalmente sólida: El interruptor al vacío, las barras colectoras de cobre conductor y los interruptores de desconexión deben estar completamente incrustados en resina epoxi. Dadas las diferencias significativas en los coeficientes de expansión lineal entre el cobre (16.5×10⁻⁶/°C), la cerámica (el envoltorio del interruptor al vacío) y la resina epoxi (aproximadamente 30–40×10⁻⁶/°C), el ciclo térmico a largo plazo bajo cargas variables induce un enorme estrés mecánico térmico en las interfaces encapsuladas. Este estrés causa fácilmente la delaminación de los materiales y la formación de microgrietas, lo que a su vez desencadena una descarga parcial severa y la degradación eventual del aislamiento.

• Ruta del gas ecológico: Como fluido, el gas acomoda la expansión y contracción térmica de los conductores, eliminando los problemas de estrés térmico interfacial entre materiales disímiles. Los componentes de aislamiento solo se requieren para proporcionar soporte mecánico, y los riesgos de distorsión del campo eléctrico y PD son más fáciles de manejar a través de escudos igualizadores dentro del tanque de gas.

3. El cuello de botella de la disipación térmica limita la escalabilidad de la capacidad

• Ruta totalmente sólida: La resina epoxi es un mal conductor térmico. En calificaciones de corriente altas (por ejemplo, 1250 A y superiores) bajo carga total, el calor generado por los contactos del interruptor al vacío y las barras colectoras es difícil de disipar, causando fácilmente un aumento excesivo de la temperatura interna y acelerando el envejecimiento del aislamiento. Esto restringe la escalabilidad de los equipos de conmutación aislados sólidamente a capacidades o niveles de voltaje más altos.

• Ruta del gas ecológico: El gas dentro del tanque permite el intercambio de calor por convección natural, y la gran superficie del tanque de acero inoxidable proporciona un enfriamiento efectivo, resultando en un control mucho mejor del aumento de temperatura en comparación con el encapsulado sólido.

Rockwill Serie REC de interruptores de gas aislado sin SF6/RMU

4. Rendimiento de fabricación y escalabilidad de la tensión

• A nivel de 12 kV, los equipos de conmutación aislados sólidamente pueden mantener rendimientos aceptables utilizando procesos APG (Gelificación Automática por Presión). Sin embargo, a medida que el nivel de tensión aumenta a 24 kV o incluso 40.5 kV, el grosor de aislamiento requerido aumenta drásticamente y las coladas se vuelven significativamente más grandes. Las tensiones de retracción, los vacíos internos y las microgrietas durante el proceso de curado se vuelven casi inevitables, causando un deterioro sustancial del rendimiento de fabricación y un aumento exponencial de los costos.

• En contraste, los equipos de conmutación aislados con gas ecológico solo requieren un modesto aumento en la separación de fases o en la presión de llenado, y la complejidad de fabricación del tanque metálico cerrado no experimenta un cambio fundamental.

5. Huella de carbono a lo largo del ciclo de vida (ACV) y desafíos de reciclaje

En el contexto de los objetivos "dual carbon", la ecología abarca no solo la ausencia de emisiones de gases de efecto invernadero durante la operación, sino también el tratamiento al final de la vida útil.

• Ruta del gas ecológico: Al desmantelar, el aire seco o el nitrógeno pueden liberarse directamente (y incluso las mezclas de gases C4/C5 son fácilmente recuperables). El tanque externo de acero inoxidable, las barras colectoras internas de cobre y los interruptores al vacío pueden ser desmontados y reciclados al 100% como chatarra metálica, ofreciendo un perfil ACV excelente.

• Ruta totalmente sólida: Las barras de cobre y la resina están encapsuladas juntas de manera muy compacta, lo que hace que sea prácticamente imposible separar y reciclar económicamente los postes fundidos y los componentes de aislamiento después de su desmantelamiento. El costo de reciclaje supera con creces el valor de chatarra del material, presentando un conflicto claro entre la viabilidad económica y la sostenibilidad ambiental. En consecuencia, la huella de carbono a lo largo de todo el ciclo de vida del aislamiento sólido es difícil de hacer superior a la de la solución de aislamiento gaseoso totalmente reciclable bajo las tecnologías actuales.

En resumen: El aislamiento totalmente sólido tiene ventajas insustituibles en entornos extremadamente adversos y aplicaciones de reducida huella. Sin embargo, para la gran mayoría de los nodos de red de media tensión estándar, el enfoque de "interrupción al vacío + gas ecológico" equilibra perfectamente una alta confiabilidad, una excelente disipación de calor y la sostenibilidad ambiental a lo largo de todo el ciclo de vida, convirtiéndolo en la ruta evolutiva preferida por los fabricantes líderes.

La serie RAR de Rockwill es una encarnación práctica de esta filosofía. Esta serie utiliza aire seco (GWP = 0) como medio aislante, con una tecnología central que incluye un mecanismo de límite rotatorio y un diseño de extinción de arco asistido por presión lineal. Durante la separación de los contactos, comprime activamente el aire para forzar la extinción del arco, logrando un rendimiento de interrupción comparable al SF₆ con un medio de GWP cero, proporcionando así una alternativa confiable y directa para la actualización ecológica de las redes de distribución.
Editado desde:Garca