Armadio di manovra Rockwill RGIS — Considerazioni sulla scelta del gas per applicazioni a 12 kV, 24 kV e 40.5 kV

Rockwill RGIS utilizza gas isolanti differenziati in base alle classi di tensione (N₂/aria secca per 12/24 kV, SF₆ per 40.5 kV, con g³ introdotto come alternativa ecologica). Questa scelta è fondamentalmente una decisione ingegneristica che bilancia le prestazioni di isolamento, la compattezza del dispositivo, la convenienza economica e le normative ambientali. Comprendere questa logica richiede prima di tutto un confronto approfondito delle proprietà di isolamento e spegnimento dell'arco di N₂, aria secca, SF₆ e g³.

Principali differenze nelle prestazioni di isolamento e spegnimento dell'arco

1. Composizione principale

2. Resistenza dielettrica (relativa a SF₆)

3. Meccanismo di cattura degli elettroni

4. Capacità di spegnimento dell'arco (rispetto all'aria)

5. Potenziale di Riscaldamento Globale (GWP)

6. Considerazioni ambientali e tossicologiche

7. Temperatura di liquefazione (alla pressione di lavoro)

8. Sensibilità agli inquinanti

Punti chiave da ricordare

• In primo luogo, il gradiente di prestazioni isolanti. SF₆ e g³ appartengono al top, con una resistenza dielettrica più del 2,5 volte quella dell'N₂/aria secca. Ciò significa che, alla stessa tensione e distanze, SF₆ o g³ possono ridurre il volume dell'equipaggiamento a un terzo o meno rispetto a un armadio isolato ad aria. Attraverso un accurato miscuglio di fluoronitrile e CO₂, g³ può raggiungere quasi le stesse prestazioni isolanti di SF₆ alla pressione di progettazione, rimuovendo l'ostacolo principale per l'armatura compatta eco-friendly a 40,5 kV.
• In secondo luogo, la differenza nella capacità di spegnimento dell'arco. Le proprietà termochimiche uniche di spegnimento dell'arco di SF₆ gli permettono di interrompere indipendentemente correnti elevate. N₂, aria secca e g³ mancano di questa capacità. Pertanto, qualsiasi apparecchiatura che utilizza questi tre gas, indipendentemente dal livello di tensione, deve fare affidamento esclusivamente su un interruttore a vuoto per l'interruzione della corrente, con il gas che serve solo come mezzo isolante. È per questo motivo che la combinazione "interruzione a vuoto + isolamento a gas eco-friendly" è diventata la pratica mainstream nell'industria.
• Terzo, il compromesso di g³. g³ offre prestazioni isolanti paragonabili a SF₆ con un GWP estremamente basso, rendendolo un sostituto ideale. Tuttavia, la sua debolezza è una temperatura di liquefazione più alta alla pressione operativa, rendendolo non adatto all'uso diretto in regioni estremamente fredde senza aggiungere più CO₂ (che riduce leggermente l'isolamento) o aggiungere riscaldamento/isolamento. La sua debole capacità di spegnimento dell'arco è perfettamente compensata dall'interruttore a vuoto, consentendo a g³ di concentrarsi sulle sue forze isolate.

Tenendo presenti le differenze sopra menzionate, la logica di selezione dei gas di Rockwill per RGIS in tutte le classi di tensione diventa chiara.

Per 12 kV / 24 kV — N₂ o Aria Asciutta + Interruttore a Vuoto

A questi livelli di tensione, i requisiti di isolamento sono moderati. Aumentando leggermente la pressione del gas (ad esempio, 0,1-0,15 MPa di pressione relativa), N₂ o aria asciutta possono fornire una resistenza dielettrica sufficiente per un design compatto senza introdurre alcun gas serra. Utilizzando il più economico, eco-friendly e facile da mantenere N₂ o aria asciutta, abbinati a un interruttore a vuoto maturo, si realizza perfettamente la promessa del prodotto di "alta convenienza e zero emissioni di gas serra nel ciclo di vita". Inoltre, l'ossigeno traccia presente nell'aria asciutta aiuta a decomporre i depositi di carbonio dovuti alle scariche parziali, migliorando ulteriormente l'affidabilità operativa.

Per 40,5 kV — SF₆ + Interruttore a Vuoto, o g³ come alternativa

A 40,5 kV, il clearance di isolamento diventa critico. Se fosse utilizzato N₂ o aria asciutta, anche alla massima pressione ammissibile, il volume dell'equipaggiamento si moltiplicherebbe, perdendo la compattezza che definisce RGIS. Deve essere introdotto un gas isolante di alto livello.

La soluzione convenzionale utilizza SF₆, con la sua resistenza dielettrica 2,5-3 volte superiore all'aria, garantendo minimi clearance elettrici a bassa pressione (ad esempio, 0,15 MPa) per alta affidabilità e compattezza. La strategia "SF₆ per l'isolamento, interruttore a vuoto per l'interruzione" elimina fondamentalmente grandi quantità di sottoprodotti tossici di decomposizione dell'arco e semplifica la manutenzione.

L'aggiornamento pronto per il futuro introduce g³. All'interno dello stesso spazio compatto, i blend di g³ offrono quasi le stesse prestazioni isolanti di SF₆, riducendo il GWP a meno di 500, in piena conformità con le sempre più stringenti normative globali sui gas F. I principali ostacoli attuali alla diffusione su larga scala di g³ a 40,5 kV sono l'adattabilità a basse temperature e il costo iniziale. Man mano che le formulazioni si perfezionano e la catena di fornitura si consolida, g³ diventerà la direzione definitiva per l'evoluzione eco-friendly di RGIS a 40,5 kV.

Riepilogo

La filosofia di selezione dei gas per RGIS, basata su una chiara comprensione dei limiti fisici fondamentali di N₂, aria asciutta, SF₆ e g³ in termini di prestazioni isolanti e di spegnimento dell'arco, utilizza lo strumento più appropriato per affrontare la sfida principale in ciascuna fascia di tensione:

• Bassa e media tensione (12/24 kV): Utilizzare la combinazione "gas verde + vuoto" — eco-friendly, economica e completamente priva di SF₆.
• Alta tensione (40,5 kV): Utilizzare prima SF₆ per mantenere la compattezza e l'affidabilità come linee vitali, posizionando g³ come riserva tecnologica — avvicinandosi continuamente a un nuovo ottimo di Pareto tra prestazioni e responsabilità ambientale.

Rockwill RGIS Case Study and Gas Insulated Switchgear Project in Ghana

Modificato da: Garca