A livelli di tensione superiori (tipicamente 72,5 kV e oltre, specialmente a 110 kV, 220 kV e livelli UHV), i disgiuntori a SF6 (esadifluoruro di zolfo) sono predominanti, mentre i disgiuntori a vuoto (VCB) sono meno utilizzati. Questo è determinato principalmente dalle caratteristiche di isolamento fisico e dai meccanismi di spegnimento dell'arco del vuoto rispetto al gas SF6 a tensioni molto elevate.
Le ragioni principali possono essere riassunte come segue:
1. Limite di Tensione Resistibile da Interruttore Singolo ed "Effetto di Saturazione dell'Isolamento"
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Limitazione dei Disgiuntori a Vuoto: Nel vuoto, la forza di isolamento è estremamente alta quando il divario tra i contatti è piccolo. Tuttavia, quando il divario tra i contatti viene aumentato per resistere a tensioni più elevate, la tensione di rottura non aumenta più in modo lineare, causando un "effetto di saturazione". Se il divario diventa troppo grande, il campo elettrico microscopico sulla superficie dei contatti induce l'emissione di campo, portando direttamente alla rottura e potenzialmente generando raggi X dannosi. Di conseguenza, il limite pratico commerciale per un singolo interruttore a vuoto si mantiene generalmente intorno ai 72,5 kV fino a 145 kV.
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Vantaggio del SF6: Il gas SF6 ha una forte elettronegatività, catturando rapidamente gli elettroni liberi nell'arco per formare ioni negativi pesanti, permettendo all'intervallo dell'arco di recuperare rapidamente la sua forza di isolamento dopo il passaggio dello zero di corrente. Con l'aumento della pressione del gas, la capacità di resistere alla tensione del SF6 aumenta quasi linearmente. I moderni disgiuntori a SF6 possono facilmente raggiungere una tensione resistibile da interruttore singolo di 252 kV o anche 550 kV.
Rockwill RHD Series Disgiuntore a SF6 da 170kV Dead-Tank
2. Complessità Meccanica e Affidabilità Operativa
Per applicare disgiuntori a vuoto a 220 kV o a tensioni superiori, è necessario connettere in serie più interruttori a vuoto. Ciò richiede non solo condensatori di gradazione paralleli per prevenire che qualsiasi singolo divario prenda una tensione eccessiva, ma anche un meccanismo di trasmissione meccanica estremamente preciso per garantire la "sincronizzazione assoluta" dell'apertura e chiusura di tutti i divari connessi in serie. Più componenti meccanici comportano un rischio maggiore di blocco o operazioni asincrone.
In contrasto, i disgiuntori a SF6 a 220 kV o anche 500 kV spesso richiedono solo una configurazione a interruttore singolo o doppio, semplificando significativamente il meccanismo di trasmissione e migliorando notevolmente l'affidabilità complessiva dell'equipaggiamento.
3. Minaccia di Sovratensione da Spegnimento Abrupto
I disgiuntori a vuoto estinguono gli archi in modo troppo "aggressivo". Quando interrompono correnti induttive piccole (ad esempio, per trasformatori o reattori a vuoto), l'arco viene spesso costretto a spegnersi prima che la corrente raggiunga naturalmente lo zero. Questo fenomeno è chiamato spegnimento abrupto. L'abrupto può indurre sovratensioni di commutazione estremamente elevate nelle reti ad alta tensione, rappresentando una seria minaccia per l'isolamento del sistema.
Rockwill RVD Series Disgiuntore a Vuoto da 72,5kV Dead-Tank
I disgiuntori a SF6 hanno una caratteristica di spegnimento dell'arco relativamente più morbida, solitamente spegnendo l'arco precisamente allo zero di corrente, risultando in livelli di abrupto molto bassi e sopprimendo efficacemente le sovratensioni di commutazione nei sistemi ad alta tensione.
4. Dissipazione Termica e Controllo dell'Aumento di Temperatura
I sistemi ad alta tensione spesso trasportano correnti nominali molto elevate. All'interno dell'interruttore di un disgiuntore a vuoto, l'ambiente a vuoto ha quasi nessuna convezione, quindi il calore può essere dissipato solo attraverso le barre conduttive dei contatti, rendendo difficile il controllo dell'aumento di temperatura con correnti elevate.
Il gas SF6 ha un peso molecolare elevato e una buona conducibilità termica. La sua forte convezione raffredda molto efficacemente i contatti generanti calore, gestendo facilmente correnti sostenute di diverse migliaia di ampère.
5. Economia Complessiva e Dimensioni
A tensioni medie e basse (10 kV - 35 kV), i disgiuntori a vuoto a interruttore singolo sono semplici, privi di manutenzione e a basso costo, conferendo loro un vantaggio assoluto.
Tuttavia, a tensioni elevate, la necessità di divari connessi in serie multipli rende i disgiuntori a vuoto ad alta tensione ingombranti e costosi. I disgiuntori a SF6, con le loro configurazioni più semplici a interruttore singolo o doppio, hanno vantaggi schiaccianti sia in termini di controllo delle dimensioni che di costo di produzione.
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Modificato da: Garca
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