Per què l'aire sec és la millor alternativa al gas SF₆ en les unitats de distribució en anell

1. Unitats de distribució amb aïllament d'aire i aïllament de gas SF₆

Les unitats de distribució amb aïllament d'aire integren principalment interruptors de càrrega, disjuntores o una combinació d'ambdós amb capacitats de terra, operades manualment o elèctricament. Aquestes unitats també poden incorporar fusibles per controlar les línies d'entrada i sortida del cable. En canvi, les unitats de distribució amb aïllament de gas SF₆, sovint anomenades quadres de distribució aïllats amb gas, utilitzen el gas SF₆ com a aïllant i per apagar els arcs gràcies a la seva gran resistència dielèctrica, la seva potencial capacitat d'apagament d'arc, la seva no toxicitat i la seva estabilitat química, fent-lo un mitjà excel·lent per als dos propòsits.

2. Raons per Substituir el Gas SF₆ per Aire Sec

Malgrat les seves avantatges, el gas SF₆ té un potencial de calentament global (GWP) extremadament alt, situant-lo entre els sis gasos d'efecte hivernacle regulats pel Protocol de Kyoto. Com a signatari compromès a reduir les emissions, Xina havia reduït la seva intensitat de carboni en un 48,1% respecte als nivells de 2005 al final de 2019, assolint el seu objectiu de 2020 abans de temps. Amb l'objectiu nacional de fer cim a les emissions de carboni abans de 2030 i assolir la neutralitat de carboni abans de 2060, la reducció de les emissions de carboni és ara un focus crític en la planificació futura de l'energia. En aquest context, la substitució del gas SF₆ per aire sec en els quadres de distribució de mitja tensió serveix cinc raons clau:

2.1 GWP Zero de l'Aire Sec

L'índex GWP mesura quant contribueix una massa donada d'un gas d'efecte hivernacle a l'escalfament global comparada amb la mateixa massa de diòxid de carboni durant un període específic. El GWP del SF₆ és 23.900 vegades més alt que el del CO₂, classificant-lo com un dels sis gasos objecte del Protocol de Kyoto i la Directiva Europea 2003/87 degut al seu impacte ambiental. Un compartiment mitjà d'interruptor de càrrega o disjuntor conté aproximadament 1 kg de SF₆; si es va, això equivaldria a conduir un cotxe uns 200.000 km en termes de dany ambiental.

Considerant que hi ha aproximadament 30 milions d'unitats de quadres de distribució a nivell global, la necessitat de trobar una alternativa al SF₆ es fa evident. Amb un GWP zero, l'aire sec—que consta naturalment d'un 21% d'oxigen i un 79% de nitrogen—ofereix una solució que elimina les preocupacions sobre les contribucions al calentament global, posicionant-lo com a substitut ideal del SF₆ degut a la seva clara seguretat i beneficis ambientals. Una comparació entre les propietats del SF₆ i l'aire sec es resumeix a la Taula 1.

2.2 L'Aire Sec No Requereix Recuperació ni Eliminació

El quadre de distribució metàl·lic tancat aïllat amb gas ecològic no utilitza gas SF₆ durant la producció i la montatge, eliminant la necessitat de sistemes de recuperació i protecció del gas. És fàcil d'omplir, i els seus productes de descomposició no contenen substàncies nocives, fent-lo complaçut amb les normatives ambientals. Aquest equipament no causa contaminació ambiental durant la seva operació a llarg termini, és adequat per a entorns humits i severes, i no requereix manteniment. En contrast, el quadre de distribució amb gas SF₆ ha de mantenir el gas SF₆ tancat en un sistema tancat durant tot el seu cicle de vida per minimitzar les filtracions i reduir l'impacte ambiental.

Quan es requereix manteniment, s'utilitzen unitats de recuperació de gas per recollir el gas in situ. Després de la purificació per eliminar impurities, el gas es reutilitza. No obstant això, en les operacions de commutació, el SF₆ pot produir subproductes tòxics, classificant el gas SF₆ usat com residu perillos. El cost de la eliminació del gas SF₆ és substancial, aproximadament un 20% del preu original de l'equipament. Utilitzar aire sec elimina completament la necessitat de SF₆, reduint significativament l'impacte ambiental dels quadres de distribució i evitant els costos i procediments associats a la eliminació i la recuperació.

2.3 L'Aire Sec Ofereix Avantatges Addicionals per als Operadors

El nou quadre de distribució sense SF₆ que utilitza aire sec ofereix molts beneficis pels operadors: ① Manté la mida compacta que es valora en l'equipament tradicional de SF₆, i el mètode d'operació roman inalterat, de manera que els tècnics no necessiten formació addicional; ② L'interruptor de càrrega de tres posicions en el quadre de distribució aïllat amb gas ecològic utilitza tecnologia d'interrupció al buit paral·lela, mantenint les hàbitus originals d'operació de tres posicions mentre permet solucions d'aparells combinats, oferint als clients protecció de transformadors econòmica i fiable.

2.4 L'Aire Sec Protegeix la Salut i Seguretat del Personal

Els quadres de distribució de mitja tensió sovint s'utilitzen en àrees públiques, de manera que la salut i la seguretat són consideracions primàries en la selecció d'una alternativa al SF₆. L'aire sec, com a substitut segur, protegeix al públic de possibles riscos de salut i seguretat. És completament no tòxic, de manera que fins i tot en cas de filtració, no suposa cap perill per a les persones o l'ambient. No presenta riscos de salut per al personal encarregat de la instal·lació i la desactivació, i no cal establir regulacions estrictes de manipulació de l'equipament per a la seguretat del personal. En canvi, els gasos propietaris no verificats podrien presentar riscos de salut i seguretat.

2.5 L'Aire Sec Allevia les Preocupacions Reguladores

Moltes empreses estan prenent passos importants per reduir dràsticament les emissions de gasos d'efecte hivernacle. Aquests esforços estratègics són impulsats no només per un desig de major sostenibilitat, sinó també per fortes pressions reguladores. A Europa, l'ús, manipulació, desactivació, monitorització i registre d'inventari del gas SF₆ estan estrictament regulats. A Xina, s'han introduït polítiques i mesures rellevants des de 2012 per regular l'ús i la recuperació del gas SF₆. Segons les normes emeses per l'Administració de Normalització de Xina, les emissions de gas SF₆ generades durant el manteniment i la desactivació de l'equipament de SF₆ han estat incloses en el compte i informe de gasos d'efecte hivernacle per a les empreses de xarxa elèctrica xineses.

Davant l'expectativa de regulacions cada cop més estrictes en el futur, adoptar productes alternatives ecològics que no estiguin subjectes a restriccions regulatories futures és una elecció prudent per assegurar la continuïtat operativa. Els quadres de distribució de mitja tensió amb aire sec proporcionen rendiment d'aïllament i interrupció fiables sense estar afectats per regulacions ambientals o impostos de carboni. Com a segona economia més gran del món i el major consumidor d'energia, Xina joca un paper pivotal en la transició energètica global. Recentment, la Cinquena Sessió Plenària del Comitè Central del 19è Congrés ha proposat objectius claus de desenvolupament socioeconòmic per al període del 14è Pla Quinquenal, expressant explícitament que "la distribució de recursos energètics hauria de ser més racional, l'eficiència d'ús hauria de millorar significativament, i les emissions totals de contaminants principals haurien de continuar disminuint."

En resum, l'aire sec com a mitjà aïllant ofereix els següents avantatges: ① ecològic i verd; ② bona conductivitat tèrmica; ③ no necessita ventilació o equips de protecció durant la producció i el manteniment de l'equipament; ④ les partícules metàl·liques generades durant la producció o l'ús representen un peril mínim per als quadres de distribució aïllats amb aire sec.

3 Conclusió

El nou tipus d'unitat de distribució utilitza aire sec com a mitjà aïllant, substituint el gas SF₆ prejudicial per a l'ambient, reduint així les emissions de gasos d'efecte hivernacle. Al final del seu cicle de vida, més del 90% dels materials es poden reciclar. Utilitzar un mètode d'aïllament de gas amb lleuger sobrepresió redueix la possibilitat de filtració de gas, augmentant la seguretat i la fiabilitat. Les components de alta tensió estan completament tancades dins d'una cassa metàl·lica, assegurant una operació segura en entorns severes com a grans alçades, fred extrema, humitat i contaminació. Els interruptors de buit i els interruptors d'isolació/terra de tres posicions suporten operació manual i elèctrica, i el quadre de distribució disposa de capacitats intel·ligents.

Encara que les unitats de distribució ecològiques han fet progrés en intel·ligència, verdegenc i protecció ambiental, el rendiment aïllant del nitrogen i l'aire sec sota la mateixa pressió és només d'uns terços del del SF₆, especialment en productes GIS de alta tensió, on encara no s'ha trobat una substitució viable per al SF₆. Per tant, són necessaris esforços addicionals en el desenvolupament de gasos ecològics.