Stato di Ricerca e Sviluppo dell'Unità a Anello Principale a 12 kV senza Gas SF6
L'isolamento a gas si basa principalmente sul gas SF₆. Lo SF₆ ha proprietà chimiche estremamente stabili e presenta un'eccellente resistenza dielettrica e prestazioni di spegnimento dell'arco, il che lo rende ampiamente utilizzato nelle apparecchiature elettriche. L'apparecchiatura commutatrice isolata con SF₆ è caratterizzata da una struttura compatta e dimensioni ridotte, non è influenzata da fattori ambientali esterni e dimostra un'eccezionale adattabilità.
Tuttavia, lo SF₆ è riconosciuto a livello internazionale come uno dei sei principali gas serra. Le perdite dalle apparecchiature commutatrici isolate con SF₆ sono un problema pratico inevitabile. Dal punto di vista della protezione ambientale, l'uso dell'esaoxifluoruro di zolfo dovrebbe essere ridotto o minimizzato. La comunità internazionale ha raggiunto un consenso sulla progressiva eliminazione e sull'interruzione definitiva dell'uso del gas SF₆.
1. Caratteristiche Tecniche dell'Unità Centrale a Anello senza Gas SF6 da 12 kV
1.1 Verde ed Ecosostenibile
Viene utilizzato l'aria secca (o azoto) come principale mezzo di isolamento, eliminando lo SF₆ e evitando le emissioni di gas tossici o serra. Si considera l'impatto ambientale nell'intero ciclo di vita del prodotto, esplorando continuamente nuovi materiali e processi di fabbricazione per migliorare la riciclabilità dei materiali. La progettazione compatta e risparmiatrice di spazio riduce efficacemente il consumo di materie prime, l'energia di produzione e l'occupazione del terreno.
1.2 Sicuro e Affidabile
La tecnologia di interruzione a vuoto matura garantisce prestazioni di interruzione stabili e affidabili e una lunga durata. La pressione di riempimento gassoso nominale è bassa (0,12 MPa assoluta), facilitando l'ottenimento di un tasso di perdita basso (≤0,1%). L'elevata resistenza dielettrica permette il funzionamento normale anche a pressione zero. Il disconnettore a tre posizioni supporta l'operazione elettrica o remota e presenta interruttori "cinque-prevenzioni" completi con l'interruttore di carico/interruttore, migliorando la sicurezza operativa durante la manutenzione.
1.3 Adattabilità Ambientale
Tutti i componenti principali ad alta tensione sono sigillati in un compartimento gassoso saldato in acciaio inossidabile di 3 mm, completamente isolato dagli ambienti esterni. Se necessario, possono essere aggiunte strutture protettive aggiuntive al meccanismo di commutazione e al compartimento a bassa tensione, soddisfacendo veramente i requisiti di resistenza alla corrosione, protezione dall'umidità e operatività a basse temperature in condizioni speciali.
1.4 Leadership Intelligente
Il prodotto può essere opzionalmente dotato di sistemi di controllo intelligenti, protezione integrata autoalimentata e piattaforme panoramiche di distribuzione intelligente dell'energia secondo le esigenze dell'utente. Integra funzioni come acquisizione dati, controllo, monitoraggio, diagnostica, protezione e comunicazione in un sistema unificato, consentendo l'operazione/manutenzione remota e facilitando le applicazioni di big data nella distribuzione dell'energia.
2. Situazione Attuale e Tendenze di Sviluppo delle Unità Centrali a Anello da 12 kV
2.1 Situazione Attuale delle Unità Centrali a Anello da 12 kV
Nel corso del secolo scorso, il clima terrestre ha subito cambiamenti significativi, caratterizzati principalmente dal riscaldamento globale. Questo riscaldamento deriva dalla variabilità climatica naturale combinata con effetti serra potenziati causati dall'attività umana. Ridurre le emissioni di gas serra e mitigare il cambiamento climatico sono gli obiettivi principali della Convenzione Quadro delle Nazioni Unite sui Cambiamenti Climatici (UNFCCC) e del Protocollo di Kyoto.
Durante la conferenza del Protocollo di Kyoto in Giappone nel 1997, lo SF₆ è stato classificato come uno dei gas serra più potenti e incluso tra le sostanze soggette a restrizioni sull'uso e sulle emissioni. Anche se il CO₂ contribuisce oltre il 60% all'effetto serra - la quota più grande - lo SF₆ rappresenta solo circa lo 0,1%. Nonostante il suo attuale piccolo contributo, lo SF₆ presenta rischi potenziali significativi: una molecola di SF₆ ha un potenziale di riscaldamento globale 23.900 volte superiore a quella di una molecola di CO₂, e la sua vita atmosferica è di circa 3.200 anni. Circa il 50% dello SF₆ prodotto globalmente viene utilizzato nell'industria elettrica, di cui l'80% va negli apparati di commutazione. Come paese in via di sviluppo, la Cina affronta una crescente pressione per ridurre le emissioni di gas serra.
2.2 Tendenze di Sviluppo delle Unità Centrali a Anello da 12 kV
Dal punto di vista tecnico, l'industria delle unità centrali a anello, intorno al 2014, aveva attraversato diverse fasi: isolamento a aria, semisolamento con SF₆, isolamento completo con SF₆ e isolamento solido. Questa evoluzione riflette una continua innovazione e avanzamento tecnologico focalizzato sulla sicurezza, affidabilità, miniaturizzazione e sostenibilità ambientale.
Attualmente, sia a livello nazionale che internazionale, l'apparecchiatura commutatrice isolata solidamente era stata considerata un'alternativa ideale ai prodotti a base di SF₆. Tuttavia, a causa di sfide come la difficoltà di riciclare la resina epoxidica (ampiamente utilizzata nelle unità isolate solidamente), la mancanza di accettazione diffusa di materiali termoplastici alternativi, la rottura irreversibile dopo il fallimento dell'isolamento e problemi irrisolti legati all'aumento di temperatura in operazioni ad alta capacità, l'interesse per l'isolamento solido si è raffreddato quasi quanto rapidamente era aumentato.
In contrasto, le unità centrali a anello completamente isolate con SF₆ - nonostante i loro svantaggi ambientali - continuano a dominare il mercato grazie alle loro dimensioni compatte, eccellente resistenza ambientale, alta affidabilità e bassi requisiti di manutenzione.
Negli ultimi 2-3 anni, l'apparecchiatura commutatrice isolata con gas ecologico è gradualmente diventata un punto di interesse per gli operatori di rete e i principali produttori, spinta da progressi in diverse aree chiave:
Applicazione matura della tecnologia di interruzione a vuoto (inclusi i design encapsulati);
Comprensione approfondita delle tecnologie di isolamento (isolamento a gas, isolamento solido d'interfaccia, isolamento composito, ecc.);
Vasta esperienza operativa con apparecchiature isolate con SF₆ (RMU, C-GIS);
Progressi nella ricerca su gas alternativi al SF₆ (da parte di aziende come ABB e 3M);
Discussioni nel settore che promuovono un ritorno ai prodotti a media tensione di tipo fisso, supportate da un miglioramento significativo della affidabilità dei componenti chiave.
Mentre la Cina accelera la trasformazione e l'aggiornamento del suo settore energetico e affronta esigenze urgenti in termini di risparmio energetico e riduzione delle emissioni, la regolazione dell'umidità atmosferica e il controllo dell'inquinamento atmosferico sono diventati priorità immediate. Per l'industria elettrica in rapida evoluzione, lo sviluppo di unità a anello senza gas SF₆ è una tendenza inevitabile. Le future attrezzature per la trasmissione e la distribuzione si concentreranno sempre di più sulla sicurezza, l'affidabilità, la miniaturizzazione e la sostenibilità ambientale.
Notoriamente, la State Grid Corporation of China mostra un riconoscimento significativamente superiore degli apparati di commutazione ecologici rispetto agli utenti industriali generali. Il "Catalogo delle nuove tecnologie chiave promosse dalla State Grid Corporation (edizione 2017)" stabilisce esplicitamente che dal 2016 al 2018, le unità a anello senza gas SF₆ devono costituire "non meno del 30% delle nuove installazioni nei progetti nuovi e di rinnovo, con un tasso di crescita annuo non inferiore all'8%." Inoltre, l'ultima versione (2017) delle "Raccomandazioni per la progettazione standardizzata per unità a anello a 12 kV," sviluppate congiuntamente dal Dipartimento di Operazioni e Manutenzione della State Grid e dall'Istituto di Ricerca Elettrica Cinese, ha formalmente incorporato le unità a anello isolate con gas ecologici e stabilito specifiche tecniche chiare per le future gare d'appalto.
3.Conclusione
In sintesi, mentre la Cina accelera la trasformazione del suo settore energetico e affronta un'urgenza crescente in termini di risparmio energetico e riduzione delle emissioni, la gestione dell'umidità atmosferica e l'inquinamento atmosferico sono diventate priorità immediate. Come tipico dispositivo di distribuzione finale, l'unità a anello a 12 kV è ampiamente distribuita nei sistemi di potenza e in varie applicazioni industriali, costituendo un componente indispensabile di una rete robusta e intelligente e influenzando direttamente la sicurezza e l'affidabilità dell'approvvigionamento elettrico. In risposta allo sviluppo rapido del settore elettrico, lo sviluppo di unità a anello isolate con gas ecologici rappresenta una tendenza irreversibile. Le future attrezzature per la trasmissione e la distribuzione continueranno a evolversi intorno alle esigenze centrali di sicurezza, affidabilità, miniaturizzazione e amicizia ambientale.
