Rockwill RGIS Switchgear — Considérations pour le choix du gaz pour les applications 12 kV, 24 kV et 40,5 kV

Rockwill RGIS utilise des gaz d'isolation différenciés selon les classes de tension (N₂/air sec pour 12/24 kV, SF₆ pour 40.5 kV, avec g³ introduit comme alternative écologique). Ce choix est fondamentalement une décision d'ingénierie qui équilibre la performance d'isolation, la compacité de l'équipement, le rapport coût-efficacité et les réglementations environnementales. Comprendre cette logique nécessite tout d'abord une comparaison approfondie des propriétés d'isolation et d'extinction d'arc de N₂, air sec, SF₆ et g³.

Différences essentielles en termes de performance d'isolation et d'extinction d'arc

1. Composition principale

2. Résistance diélectrique (par rapport au SF₆)

3. Mécanisme de capture d'électrons

4. Capacité d'extinction d'arc (par rapport à l'air)

5. Potentiel de Réchauffement Planétaire (PRP)

6. Considérations environnementales et toxicologiques

7. Température de liquefaction (sous pression d'exploitation)

8. Sensibilité aux impuretés

Points clés à retenir

• Premièrement, le gradient de performance d'isolation. Le SF₆ et le g³ appartiennent au niveau supérieur, avec une résistance diélectrique plus de 2,5 fois supérieure à celle du N₂/air sec. Cela signifie qu'au même voltage et aux mêmes espacements, le SF₆ ou le g³ peuvent réduire le volume de l'équipement à un tiers ou moins d'un armoire isolée par air. Grâce à un mélange soigneux de fluoronitrile et de CO₂, le g³ peut atteindre une performance d'isolation presque équivalente au SF₆ à la pression de conception - éliminant ainsi le plus grand obstacle à la conception compacte de disjoncteurs écologiques de 40,5 kV.
• Deuxièmement, l'écart de capacité d'extinction d'arc. Les propriétés thermochimiques uniques d'extinction d'arc du SF₆ lui permettent d'interrompre indépendamment des courants élevés. Le N₂, l'air sec et le g³ manquent tous de cette capacité. Par conséquent, tout disjoncteur utilisant ces trois gaz - quelle que soit la tension - doit s'appuyer entièrement sur un interrupteur à vide pour l'interruption du courant, le gaz ne servant que comme milieu isolant. C'est pourquoi la combinaison "interruption à vide + isolation par gaz écologique" est devenue le standard de l'industrie.
• Troisièmement, le compromis g³. Le g³ offre une performance d'isolation comparable au SF₆ avec un potentiel de réchauffement global (GWP) extrêmement faible, ce qui en fait un substitut idéal. Cependant, sa faiblesse réside dans une température de liquéfaction plus élevée à la pression de fonctionnement, ce qui le rend inadapté pour une utilisation directe dans les régions extrêmement froides sans ajouter plus de CO₂ (ce qui réduit légèrement l'isolation) ou en ajoutant du chauffage/isolation. Sa faible capacité d'extinction d'arc est parfaitement compensée par l'interrupteur à vide, permettant au g³ de se concentrer sur ses forces en matière d'isolation.

Avec ces différences en tête, la logique de sélection de gaz de Rockwill pour RGIS à travers les classes de tension devient claire.

Pour 12 kV / 24 kV — N₂ ou Air sec + Interrupteur à vide

À ces niveaux de tension, les exigences d'isolation sont modérées. En augmentant légèrement la pression du gaz (par exemple, 0,1 à 0,15 MPa de pression relative), le N₂ ou l'air sec peuvent fournir une résistance diélectrique suffisante pour une conception compacte sans introduire de gaz à effet de serre. L'utilisation du N₂ ou de l'air sec, les plus économiques, les plus écologiques et les plus faciles à entretenir, associés à un interrupteur à vide mature, répond parfaitement à la promesse du produit de "haute rentabilité et zéro émissions de gaz à effet de serre au cours de son cycle de vie". De plus, l'oxygène trace dans l'air sec aide à décomposer les dépôts de carbone provenant des décharges partielles, améliorant ainsi la fiabilité opérationnelle.

Pour 40,5 kV — SF₆ + Interrupteur à vide, ou g³ en alternative

À 40,5 kV, l'espacement d'isolation devient critique. Si le N₂ ou l'air sec étaient utilisés, même à la pression maximale autorisée, le volume de l'équipement multiplierait - perdant la compacité qui définit RGIS. Un gaz d'isolation de haut niveau doit être introduit.

La solution conventionnelle utilise le SF₆, dont la résistance diélectrique est 2,5 à 3 fois supérieure à celle de l'air, assurant des espacements électriques minimaux à basse pression (par exemple, 0,15 MPa) pour une grande fiabilité et compacité. La stratégie "SF₆ pour l'isolation uniquement, interrupteur à vide pour l'interruption" élimine fondamentalement de grandes quantités de sous-produits toxiques de la décomposition de l'arc et simplifie l'entretien.

L'amélioration future introduit le g³. Dans la même emprise compacte, les mélanges de g³ offrent une isolation presque équivalente au SF₆ tout en réduisant le GWP à moins de 500 - pleinement aligné avec les réglementations mondiales de plus en plus strictes sur les F-gaz. Les principaux obstacles actuels à une mise en œuvre à grande échelle du g³ à 40,5 kV sont l'adaptabilité aux basses températures et le coût initial. À mesure que les formulations s'améliorent et que la chaîne d'approvisionnement se développe, le g³ deviendra la direction définitive pour l'évolution écologique des RGIS de 40,5 kV.

Résumé

La philosophie de sélection de gaz pour RGIS - fondée sur une compréhension claire des limites physiques fondamentales du N₂, de l'air sec, du SF₆ et du g³ en termes de performance d'isolation et d'extinction d'arc - utilise l'outil le plus approprié pour résoudre le défi principal à chaque niveau de tension :

• Basse et moyenne tension (12/24 kV) : Utiliser la combinaison "gaz vert + interrupteur à vide" - écologique, économique et totalement exempt de SF₆.
• Haute tension (40,5 kV) : Déployer d'abord le SF₆ pour maintenir la compacité et la fiabilité comme lignes de vie, tout en positionnant le g³ comme réserve technologique - s'approchant continuellement d'un nouvel optimum de Pareto entre performance et responsabilité environnementale.

Étude de cas RGIS Rockwill et projet de disjoncteur isolé par gaz au Ghana

Édité par : Garca