Estado de Investigación y Desarrollo de la Celda Principal en Anillo de 12 kV sin Gas SF6
La aislación con gas se basa principalmente en el gas SF₆. El SF₆ tiene propiedades químicas extremadamente estables y exhibe una excelente resistencia dieléctrica y un rendimiento de extinción de arco, lo que lo hace ampliamente utilizado en equipos eléctricos de potencia. Los interruptores aislados con SF₆ presentan una estructura compacta y un tamaño pequeño, no se ven afectados por factores ambientales externos y demuestran una adaptabilidad excepcional.
Sin embargo, el SF₆ es reconocido internacionalmente como uno de los seis principales gases de efecto invernadero. La fuga de interruptores aislados con SF₆ es un problema práctico inevitable. Desde la perspectiva de la protección ambiental, se debe reducir o minimizar el uso de hexafluoruro de azufre. La comunidad internacional ha llegado a un consenso sobre la eliminación gradual y la suspensión final del uso del gas SF₆.
1. Características Técnicas de la Unidad Principal de Anillo de 12 kV sin Gas SF₆
1.1 Verde y Ecológico
Se utiliza aire seco (o nitrógeno) como principal medio aislante, eliminando el SF₆ y evitando emisiones de gases tóxicos o de efecto invernadero. Se considera el impacto ambiental durante todo el ciclo de vida del producto, explorando continuamente nuevos materiales y procesos de fabricación para mejorar la reciclabilidad de los materiales. El diseño compacto y ahorrador de espacio reduce eficazmente el consumo de materias primas, el uso de energía en la producción y la ocupación de terreno.
1.2 Seguro y Confiiable
La tecnología de conmutación al vacío madura asegura un rendimiento de interrupción estable y confiable y una larga vida útil. La presión de llenado de gas nominal es baja (0,12 MPa absoluta), lo que facilita lograr una tasa de fuga baja (≤0,1%). La alta resistencia dieléctrica permite operar normalmente incluso a presión manométrica cero. El seccionador de tres posiciones admite operación eléctrica o remota y presenta interbloqueos integrales "cinco-preven" con el interruptor de carga/cortacircuito, mejorando la seguridad operativa durante el mantenimiento.
1.3 Adaptabilidad Ambiental
Todos los componentes primarios de alta tensión están sellados dentro de un compartimento de gas soldado de acero inoxidable de 3 mm, completamente aislados del entorno externo. Se pueden agregar estructuras protectoras adicionales al mecanismo de conmutación y al compartimento de baja tensión según sea necesario, cumpliendo verdaderamente con los requisitos de resistencia a la corrosión, protección contra la humedad y operación a bajas temperaturas en condiciones especiales.
1.4 Liderazgo Inteligente
El producto puede equiparse opcionalmente con sistemas de control inteligentes, protección integrada autónoma y plataformas panorámicas de distribución de energía inteligente según las necesidades del usuario. Integra funciones como adquisición de datos, control, monitoreo, diagnóstico, protección y comunicación en un sistema unificado, permitiendo operaciones/mantenimientos remotos y facilitando aplicaciones de big data en la distribución de energía.
2. Situación Actual y Tendencias de Desarrollo de las Unidades Principales de Anillo de 12 kV
2.1 Situación Actual de las Unidades Principales de Anillo de 12 kV
A lo largo del último siglo, el clima de la Tierra ha experimentado cambios significativos, caracterizados principalmente por el calentamiento global. Este calentamiento resulta de la variabilidad climática natural combinada con los efectos invernadero intensificados causados por las actividades humanas. Reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mitigar el cambio climático son los objetivos principales de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) y el Protocolo de Kyoto.
En la conferencia del Protocolo de Kyoto en Japón en 1997, el SF₆ fue listado como uno de los gases de efecto invernadero más potentes e incluido entre las sustancias sujetas a restricciones de uso y emisión. Aunque el CO₂ contribuye con más del 60% al efecto invernadero, la mayor parte, el SF₆ solo representa aproximadamente 0,1%. A pesar de su pequeña contribución actual, el SF₆ presenta riesgos potenciales significativos: una molécula de SF₆ tiene un potencial de calentamiento global 23,900 veces mayor que una molécula de CO₂, y su vida atmosférica es de aproximadamente 3,200 años. Alrededor del 50% del SF₆ producido a nivel mundial se utiliza en la industria eléctrica, de la cual el 80% se destina a interruptores. Como país en desarrollo, China enfrenta una creciente presión para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
2.2 Tendencias de Desarrollo de las Unidades Principales de Anillo de 12 kV
Desde el punto de vista técnico, la industria de las unidades principales de anillo había progresado, alrededor de 2014, a través de varias etapas: aislamiento con aire, aislamiento semi-SF₆, aislamiento completo con SF₆ y aislamiento sólido. Esta evolución refleja una innovación continua y avances tecnológicos centrados en la seguridad, confiabilidad, miniaturización y respeto al medio ambiente.
Actualmente, tanto en el ámbito nacional como internacional, los interruptores aislados con material sólido se consideraron una vez una alternativa ideal a los productos basados en SF₆. Sin embargo, debido a desafíos como la dificultad de reciclar la resina epoxi (ampliamente utilizada en unidades aisladas con material sólido), la falta de aceptación generalizada de materiales plásticos de ingeniería termoplásticos alternativos, la ruptura irreparable después del fallo del aislamiento y problemas no resueltos relacionados con el aumento de temperatura bajo operación de alta capacidad, el interés en el aislamiento sólido se enfrió casi tan rápidamente como surgió.
Por el contrario, las unidades principales de anillo aisladas con SF₆ completo, a pesar de sus desventajas ambientales, continúan dominando el mercado debido a su tamaño compacto, excelente resistencia ambiental, alta confiabilidad y bajos requerimientos de mantenimiento.
En los últimos 2-3 años, los interruptores aislados con gas ecológico han ido ganando gradualmente interés entre los operadores de red y los principales fabricantes, impulsados por avances en varias áreas clave:
Aplicación madura de la tecnología de conmutación al vacío (incluyendo diseños encapsulados);
Comprensión más profunda de las tecnologías de aislamiento (aislamiento con gas, aislamiento de interfaz sólida, aislamiento compuesto, etc.);
Amplia experiencia operativa con equipos aislados con SF₆ (RMUs, C-GIS);
Avances en la investigación de gases alternativos al SF₆ (por empresas como ABB y 3M);
Debates en la industria que abogan por un regreso a los productos de media tensión de tipo fijo, respaldado por una mejora significativa en la confiabilidad de los componentes principales.
A medida que China acelera la transformación y actualización de su sector eléctrico y enfrenta demandas urgentes de ahorro de energía y reducción de emisiones, regular la humedad atmosférica y controlar la contaminación del aire se han convertido en prioridades urgentes. Para la industria eléctrica en rápida evolución, el desarrollo de unidades de anillo libres de gas SF6 es una tendencia inevitable. El futuro equipo de transmisión y distribución se centrará cada vez más en la seguridad, la confiabilidad, la miniaturización y la sostenibilidad ambiental.
Es notable que la Corporación Estatal de la Red Eléctrica de China muestra un reconocimiento significativamente mayor de los interruptores ecológicos en comparación con los usuarios industriales generales. El "Catálogo de Nuevas Tecnologías Clave Promovidas por la Corporación Estatal de la Red Eléctrica (Edición 2017)" estipula explícitamente que, de 2016 a 2018, las unidades de anillo libres de gas SF6 deben representar "no menos del 30% de las nuevas instalaciones en proyectos nuevos y de reacondicionamiento, con una tasa de crecimiento anual no inferior al 8%". Además, la versión más reciente (2017) de las "Recomendaciones de Diseño Estandarizado para Unidades de Anillo de 12 kV", desarrolladas conjuntamente por el Departamento de Operación y Mantenimiento de la Red Estatal y el Instituto de Investigación Eléctrica de China, ha incorporado formalmente las unidades de anillo aisladas con gas ecológico y ha establecido especificaciones técnicas claras para futuras licitaciones de adquisición.
3.Conclusión
En resumen, a medida que China acelera la transformación de su industria eléctrica y enfrenta una creciente urgencia en el ahorro de energía y la reducción de emisiones, abordar la humedad atmosférica y la contaminación del aire se ha convertido en una prioridad inmediata. Como un dispositivo típico de distribución de energía terminal, la unidad de anillo de 12 kV está ampliamente desplegada en sistemas de energía y diversas aplicaciones industriales, sirviendo como un componente indispensable de una red robusta e inteligente y afectando directamente la seguridad y confiabilidad del suministro de energía. En respuesta al rápido desarrollo del sector eléctrico, el desarrollo de unidades de anillo aisladas con gas ecológico representa una tendencia irreversible. El futuro equipo de transmisión y distribución seguirá evolucionando en torno a las demandas centrales de seguridad, confiabilidad, miniaturización y amigabilidad con el medio ambiente.
