Tra i percorsi tecnici per sostituire il gas SF6 tradizionale nelle unità di anello ecologiche, l'approccio attualmente dominante è "interruzione al vuoto + isolamento con gas ecologico" (utilizzando aria secca, azoto o miscele di gas C4/C5). Anche se la via "tutto solido" era emersa prima, non è diventata la scelta prevalente a causa delle limitazioni fisiche intrinseche e delle sfide di fabbricazione.
Le ragioni tecniche principali sono le seguenti:
Per la via del gas ecologico: l'isolamento gassoso ha proprietà di autorestituzione. Se si verifica un guasto istantaneo all'interno dell'equipaggiamento a causa di fulmini o sovratensioni di commutazione, la resistenza dielettrica del gas si ripristina immediatamente dopo che l'arco si estingue, consentendo all'equipaggiamento di continuare a funzionare.
Per la via tutto solido: il guasto nei materiali isolanti solidi come la resina epossidica è irreversibile. Una volta verificati scarichi interni ad albero o guasti, la struttura isolante subisce danni permanenti di carbonizzazione, rendendo l'intero modulo da scarto. La tolleranza ai guasti è estremamente bassa.
Rockwill RAR Series SF6-free gas-insulated switchgear/RMU
Questo è il problema più difficile da risolvere per l'isolamento tutto solido (particolarmente rilevante per la tua ricerca sui processi di imballaggio morbido e sul controllo dello stress termico).
Per la via tutto solido: l'interruttore al vuoto, le barre conduttrici in rame e gli interruttori devono essere completamente incorporati nella resina epossidica. Data la notevole differenza nei coefficienti di espansione lineare tra rame (16,5×10⁻⁶/°C), ceramica (la custodia dell'interruttore al vuoto) e resina epossidica (circa 30-40×10⁻⁶/°C), i cicli termici a lungo termine sotto carichi variabili inducono enormi stress termomeccanici alle interfacce incorporate. Questo stress provoca facilmente la delaminazione dei materiali e la formazione di microspazi, che a loro volta scatenano gravi guasti parziali e la degradazione finale dell'isolamento.
Per la via del gas ecologico: come fluido, il gas accoglie l'espansione e contrazione termica dei conduttori, eliminando i problemi di stress termico interfaciale tra materiali diversi. I componenti isolanti sono richiesti solo per fornire supporto meccanico, e i rischi di distorsione del campo elettrico e di PD sono più facilmente gestibili attraverso schermi equalizzatori all'interno della vasca di gas.
Per la via tutto solido: la resina epossidica è un pessimo conduttore termico. A correnti elevate (ad esempio, 1250 A e oltre) a pieno carico, il calore generato dai contatti dell'interruttore al vuoto e dalle barre conduttrici è difficile da dissipare, causando rapidamente un aumento eccessivo della temperatura interna e accelerando l'invecchiamento dell'isolamento. Ciò limita la scalabilità degli apparati isolati solidamente a capacità superiori o livelli di tensione più elevati.
Per la via del gas ecologico: il gas all'interno della vasca consente lo scambio di calore per convezione naturale, e la grande superficie della vasca in acciaio inossidabile fornisce un raffreddamento efficace, risultando in un controllo molto superiore dell'aumento di temperatura rispetto all'incapsulamento solido.
Rockwill REC Series SF6-free gas-insulated switchgear/RMU
Al livello di 12 kV, gli apparecchi isolati solidamente possono mantenere resa di produzione accettabili utilizzando processi APG (Automatic Pressure Gelation). Tuttavia, quando il livello di tensione aumenta a 24 kV o anche a 40,5 kV, lo spessore di isolamento richiesto aumenta drasticamente e le colate diventano significativamente più grandi. Gli stress di restringimento, i vuoti interni e le microfessure durante il processo di polimerizzazione diventano quasi inevitabili, causando una deteriorazione sostanziale della resa di produzione e un aumento esponenziale dei costi.
In contrasto, gli apparecchi isolati con gas ecologico richiedono solo un modesto aumento dello spazio tra fasi o della pressione di riempimento, e la complessità di fabbricazione della vasca metallica non subisce un cambiamento fondamentale.
Nel contesto degli obiettivi "doppio carbonio", l'ecocompatibilità include non solo l'assenza di emissioni di gas serra durante il funzionamento, ma anche il trattamento alla fine della vita utile.
Per la via del gas ecologico: al momento del disarmo, l'aria secca o l'azoto possono essere rilasciati direttamente (e persino le miscele di gas C4/C5 sono facilmente recuperabili). La vasca esterna in acciaio inossidabile, le barre conduttrici interne in rame e gli interruttori al vuoto possono essere smontati e riciclati al 100% come rottami metallici, offrendo un profilo LCA eccellente.
Percorso completamente solido: Le barre di rame e la resina sono strettamente racchiuse insieme, rendendo quasi impossibile separare e riciclare economicamente i pali fusi e i componenti d'isolamento dopo il disarmo. Il costo del riciclo supera ampiamente il valore di recupero del materiale, presentando un chiaro conflitto tra fattibilità economica e sostenibilità ambientale. Di conseguenza, l'impronta di carbonio nel ciclo di vita completo dell'isolamento solido è difficile da rendere superiore a quella della soluzione di isolamento a gas completamente riciclabile con le tecnologie attuali.
In sintesi: L'isolamento completamente solido presenta vantaggi insostituibili in ambienti estremamente ostili e applicazioni a piccola superficie. Tuttavia, per la maggior parte dei nodi di rete ad alta tensione standard, l'approccio "interruzione al vuoto + gas ecologico" bilancia perfettamente affidabilità elevata, eccellente dissipazione del calore e sostenibilità ambientale nel ciclo di vita completo, rendendolo il percorso evolutivo preferito dai principali produttori.
La serie RAR Rockwill è una concreta realizzazione di questa filosofia. Questa serie utilizza aria secca (GWP = 0) come mezzo isolante, con una tecnologia centrale che prevede un meccanismo di limitazione rotante e un design di spegnimento dell'arco assistito da pressione lineare. Durante la separazione dei contatti, comprime attivamente l'aria per forzare l'estinzione dell'arco, raggiungendo prestazioni di interruzione paragonabili a quelle dello SF₆ con un mezzo a GWP zero, fornendo quindi un'alternativa affidabile e immediatamente utilizzabile per l'aggiornamento verde delle reti di distribuzione.
Modificato da:Garca
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