État d'avancement de la recherche et du développement de l'anneau principal d'unité sans gaz SF6 de 12 kV

L'isolation au gaz est principalement basée sur le gaz SF₆. Le SF₆ possède des propriétés chimiques extrêmement stables et présente d'excellentes performances en termes de résistance diélectrique et d'extinction d'arc, ce qui le rend largement utilisé dans les équipements électriques de puissance. Les appareillages à isolation SF₆ se caractérisent par une structure compacte et de petite taille, ne sont pas affectés par les facteurs environnementaux externes et démontrent une adaptabilité exceptionnelle.

Cependant, le SF₆ est reconnu internationalement comme l'un des six principaux gaz à effet de serre. La fuite des appareillages à isolation SF₆ est un problème pratique inévitable. Du point de vue de la protection de l'environnement, l'utilisation du sulfure hexafluorure devrait être réduite ou minimisée. La communauté internationale est parvenue à un consensus sur l'élimination progressive et la cessation ultime de l'utilisation du gaz SF₆.

1. Caractéristiques techniques de l'appareil de distribution annulaire à 12 kV sans SF₆

1.1 Écologique et respectueux de l'environnement

L'air sec (ou l'azote) est utilisé comme principal milieu d'isolation, éliminant ainsi le SF₆ et évitant les émissions de gaz toxiques ou à effet de serre. L'impact environnemental tout au long du cycle de vie du produit est pris en compte, avec une exploration continue de nouveaux matériaux et procédés de fabrication pour améliorer la recyclabilité des matériaux. La conception compacte et peu encombrante réduit efficacement la consommation de matières premières, l'utilisation d'énergie de production et l'occupation des terres.

1.2 Sécurité et fiabilité

La technologie de commutation sous vide mature assure des performances d'interruption stables et fiables ainsi qu'une longue durée de vie. La pression de remplissage gazeux nominale est faible (0,12 MPa absolu), facilitant ainsi l'obtention d'un taux de fuite faible (≤ 0,1 %). Une haute résistance diélectrique permet un fonctionnement normal même à une pression relative nulle. Le disjoncteur à trois positions supporte l'opération électrique ou à distance et dispose de verrous intégraux "cinq préventions" avec l'interrupteur de charge/circuit, améliorant la sécurité opérationnelle pendant la maintenance.

1.3 Adaptabilité environnementale

Tous les composants haute tension primaires sont scellés dans un compartiment à gaz soudé en acier inoxydable de 3 mm, entièrement isolé des environnements externes. Des structures protectrices supplémentaires peuvent être ajoutées au mécanisme de commutation et au compartiment basse tension selon les besoins, répondant véritablement aux exigences de résistance à la corrosion, de protection contre l'humidité et de fonctionnement à basse température dans des conditions spéciales.

1.4 Leadership intelligent

Le produit peut être équipé en option de systèmes de contrôle intelligents, de protections intégrées auto-alimentées et de plates-formes de distribution électrique panoramiques intelligentes selon les besoins de l'utilisateur. Il intègre des fonctions telles que l'acquisition de données, le contrôle, la surveillance, le diagnostic, la protection et la communication dans un système unifié, permettant l'exploitation/la maintenance à distance et facilitant les applications de big data dans la distribution électrique.

2. Situation actuelle et tendances de développement des appareils de distribution annulaire à 12 kV

2.1 Situation actuelle des appareils de distribution annulaire à 12 kV

Au cours du siècle dernier, le climat de la Terre a subi des changements significatifs, caractérisés principalement par un réchauffement global. Ce réchauffement résulte de la variabilité naturelle du climat combinée à l'effet de serre renforcé causé par les activités humaines. La réduction des émissions de gaz à effet de serre et l'atténuation du changement climatique sont les objectifs principaux de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC) et du Protocole de Kyoto.

Lors de la conférence de Kyoto en 1997 au Japon, le SF₆ a été classé comme l'un des gaz à effet de serre les plus puissants et inclus parmi les substances soumises à des restrictions d'utilisation et d'émission. Bien que le CO₂ contribue à plus de 60 % à l'effet de serre - la part la plus importante - le SF₆ ne représente que environ 0,1 %. Malgré sa contribution actuelle modeste, le SF₆ présente des risques potentiels importants : une molécule de SF₆ a un potentiel de réchauffement global 23 900 fois supérieur à celui d'une molécule de CO₂, et sa durée de vie atmosphérique est d'environ 3 200 ans. Environ 50 % du SF₆ produit dans le monde est utilisé dans l'industrie électrique, dont 80 % dans les appareillages. En tant que pays en développement, la Chine fait face à une pression croissante pour réduire ses émissions de gaz à effet de serre.

2.2 Tendances de développement des appareils de distribution annulaire à 12 kV

D'un point de vue technique, l'industrie des appareils de distribution annulaire avait, vers 2014, traversé plusieurs étapes : l'isolation à l'air, l'isolation semi-SF₆, l'isolation complète au SF₆ et l'isolation solide. Cette évolution reflète une innovation continue et un progrès technologique axés sur la sécurité, la fiabilité, la miniaturisation et la durabilité environnementale.

Actuellement, à la fois en Chine et à l'étranger, les appareillages à isolation solide étaient considérés comme une alternative idéale aux produits à base de SF₆. Cependant, en raison de défis tels que la difficulté de recycler la résine époxy (largement utilisée dans les unités à isolation solide), l'absence d'acceptation généralisée des matériaux thermoplastiques d'ingénierie alternatifs, la rupture irrécupérable après un échec de l'isolation et des problèmes non résolus liés à la montée en température sous charge élevée, l'intérêt pour l'isolation solide a diminué presque aussi rapidement qu'il a augmenté.

En revanche, les appareillages de distribution annulaire à isolation complète au SF₆ - malgré leurs inconvénients environnementaux - continuent de dominer le marché en raison de leur taille compacte, de leur excellente résistance environnementale, de leur grande fiabilité et de leurs faibles exigences de maintenance.

Au cours des 2 à 3 dernières années, les appareillages de distribution annulaire à isolation gazeuse écologique sont devenus progressivement un point de focalisation pour les opérateurs de réseau et les fabricants leaders, stimulés par des avancées dans plusieurs domaines clés :

• Application mature de la technologie de commutation sous vide (y compris les conceptions encapsulées) ;

• Compréhension approfondie des technologies d'isolation (isolation au gaz, isolation à l'interface solide, isolation composite, etc.) ;

• Une expérience opérationnelle étendue avec des équipements isolés au SF₆ (RMUs, C-GIS) ;

• Des percées dans la recherche sur les gaz alternatifs au SF₆ (par des entreprises comme ABB et 3M) ;

• Des discussions au sein de l'industrie qui préconisent un retour aux produits de moyenne tension à type fixe, soutenus par une fiabilité considérablement améliorée des composants essentiels.

Alors que la Chine accélère la transformation et la modernisation de son secteur électrique et fait face à des demandes urgentes en matière d'économie d'énergie et de réduction des émissions, la régulation de l'humidité atmosphérique et le contrôle de la pollution de l'air sont devenus des priorités pressantes. Pour l'industrie électrique en rapide évolution, le développement d'un disjoncteur de réseau sans gaz SF6 est une tendance inévitable. Les futurs équipements de transport et de distribution se concentreront de plus en plus sur la sécurité, la fiabilité, la miniaturisation et la durabilité environnementale.

Il est noté que la Corporation Étatique de la Chine montre une reconnaissance significativement plus élevée pour les interrupteurs écologiques par rapport aux utilisateurs industriels généraux. Le "Catalogue des nouvelles technologies clés promues par la Corporation Étatique de la Chine (Édition 2017)" stipule explicitement que, de 2016 à 2018, le disjoncteur de réseau sans gaz SF6 doit représenter "au moins 30% des nouvelles installations dans les projets neufs et de rénovation, avec un taux de croissance annuel d'au moins 8%." De plus, la dernière version (2017) des "Recommandations de conception standardisée pour les disjoncteurs de réseau 12 kV", élaborées conjointement par le Département d'exploitation et de maintenance de la Corporation Étatique et l'Institut de recherche sur l'électricité de Chine, a officiellement intégré les disjoncteurs de réseau isolés par des gaz écologiques et a établi des spécifications techniques claires pour les appels d'offres futurs.

3.Conclusion

En résumé, alors que la Chine accélère la transformation de son industrie électrique et fait face à une urgence croissante en matière d'économie d'énergie et de réduction des émissions, l'atténuation de l'humidité atmosphérique et de la pollution de l'air est devenue une priorité immédiate. En tant que dispositif de distribution de puissance terminal typique, le disjoncteur de réseau 12 kV est largement déployé dans les systèmes électriques et diverses applications industrielles, constituant un composant indispensable d'un réseau robuste et intelligent et ayant un impact direct sur la sécurité et la fiabilité de l'alimentation en électricité. Face au développement rapide du secteur de l'électricité, le développement de disjoncteurs de réseau isolés par des gaz écologiques représente une tendance irréversible. Les futurs équipements de transport et de distribution continueront d'évoluer autour des exigences centrales de sécurité, de fiabilité, de miniaturisation et de respect de l'environnement.