Unità a anello con SF6 vs unità a anello senza gas SF6: principali differenze

Dal punto di vista delle prestazioni isolanti, l'esadifluoruro di zolfo SF6 presenta eccellenti proprietà isolate. La sua resistenza dielettrica è circa 2,5 volte quella dell'aria, garantendo efficacemente le prestazioni isolate dei dispositivi elettrici sotto pressione atmosferica standard e temperatura ambiente. I nuovi gas liberi da SF6 utilizzati nei quadri di commutazione liberi da SF6—come certe miscele di gas—possono anche soddisfare i requisiti di isolamento, sebbene i loro valori specifici varino in base alla formulazione. Alcuni di questi nuovi gas liberi da SF6 hanno resistenze dielettriche vicine a quelle dello SF6, mentre altri sono leggermente inferiori.

In termini di impatto sul riscaldamento globale, lo SF6 è un potente gas serra con un Potenziale di Riscaldamento Globale (PRG) estremamente alto. Su un orizzonte temporale di 100 anni, il suo valore PRG raggiunge 23.900. In contrasto, i gas utilizzati nei quadri di commutazione liberi da SF6 sono per lo più alternative a basso PRG; ad esempio, alcune miscele di gas fluorurati hanno valori PRG controllati a poche centinaia o persino inferiori, riducendo significativamente il loro impatto sul cambiamento climatico.

Per quanto riguarda la stabilità chimica, lo SF6 è altamente stabile chimicamente e difficilmente reagisce con altre sostanze nelle condizioni operative normali, il che aiuta a mantenere un ambiente interno stabile nei dispositivi elettrici a lungo termine. Tuttavia, alcuni componenti dei gas liberi da SF6 presentano una stabilità chimica relativamente debole e possono subire determinate reazioni chimiche in condizioni operative speciali—come temperature elevate o campi elettrici intensi—potenzialmente influendo sulle prestazioni del dispositivo.

In termini di requisiti di sigillatura, le molecole di SF6 sono relativamente piccole, il che comporta un rischio maggiore di perdite. Pertanto, i quadri di commutazione isolati con SF6 richiedono processi e materiali di sigillatura estremamente rigorosi, solitamente utilizzando composti e strutture di sigillatura ad alte prestazioni per garantire un tasso di perdita annuale inferiore allo 0,5%. Anche se i quadri di commutazione liberi da SF6 richiedono una sigillatura rigorosa, la scelta dei materiali e dei processi differisce da quella degli apparecchi con SF6. Alcuni gas liberi da SF6 sono meno corrosivi per i materiali di sigillatura, permettendo una gamma più ampia di opzioni per i sigillanti.

Riguardo alle capacità di spegnimento dell'arco, lo SF6 dimostra un'ottima performance di interruzione dell'arco. Dopo la decomposizione, cattura rapidamente gli elettroni liberi nel plasma dell'arco, consentendo una rapida estinzione dell'arco—particolarmente efficace in scenari di interruzione ad alta tensione e alta corrente. Le prestazioni di interruzione dell'arco dei gas liberi da SF6 variano: alcune formulazioni avanzate raggiungono prestazioni di interruzione dell'arco paragonabili a quelle dello SF6, mentre altre sono leggermente inferiori in velocità e efficacia di spegnimento dell'arco.

Dal punto di vista dei costi, il gas SF6 in sé è relativamente economico. Tuttavia, a causa dei severi requisiti di sigillatura e della complessità dei sistemi di recupero e gestione del gas, il costo complessivo dei quadri di commutazione con SF6 rimane elevato. Per i quadri di commutazione liberi da SF6, alcuni nuovi gas liberi da SF6 comportano costi di R&D elevati e attualmente sono più costosi, ma con l'avanzamento tecnologico e le economie di scala, i loro costi stanno gradualmente diminuendo e si prevede che diventino competitivi rispetto all'equipaggiamento con SF6 in futuro.

In termini di intervalli di manutenzione, i quadri di commutazione con SF6 beneficiano della stabilità del gas, richiedendo solitamente test completi del gas e ispezione dell'equipaggiamento solo ogni 3-5 anni in condizioni normali. In contrasto, gli intervalli di manutenzione per i quadri di commutazione liberi da SF6 dipendono dalla stabilità del gas e dalle condizioni operative; alcune unità possono richiedere un monitoraggio del gas e valutazioni delle prestazioni più frequenti, potenzialmente riducendo il ciclo di manutenzione a 1-2 anni.

Per quanto riguarda le caratteristiche della tensione di rottura, lo SF6 ha una tensione di rottura in campi elettrici uniformi che è 2,5 a 3 volte quella dell'aria, consentendogli di sopportare tensioni elevate senza rottura. La tensione di rottura dei gas liberi da SF6 è strettamente correlata alla composizione e alla pressione del gas, con notevoli variazioni tra diverse formulazioni—alcune avvicinandosi ai livelli di SF6, mentre altre sono notevolmente inferiori—richiedendo una valutazione accurata durante la progettazione e l'applicazione.

In termini di ambito di applicazione, i quadri di commutazione con SF6 sono ampiamente utilizzati in sistemi di alimentazione ad alta e ultra-alta tensione, dominando in particolare nelle sottostazioni e nei sistemi di alimentazione ad alta tensione di grandi impianti industriali. I quadri di commutazione liberi da SF6 stanno trovando sempre maggiore applicazione in sistemi a media e bassa tensione, e con la maturazione continua della tecnologia, stanno gradualmente espandendosi verso applicazioni ad alta tensione. Tuttavia, in scenari ad alta tensione e alta capacità, sono ancora necessarie ulteriori validazioni e raffinatezze rispetto alle soluzioni con SF6.

In termini di metodi di rilevamento del gas, lo SF6 viene tipicamente rilevato utilizzando tecniche di cromatografia a gas o assorbimento infrarosso—metodi maturi che offrono alta precisione di rilevamento. Per i gas liberi da SF6, a causa delle loro composizioni complesse e diverse, i metodi di rilevamento sono più vari e in continua evoluzione. Sebbene alcuni approcci di rilevamento per lo SF6 possano essere adattati, devono essere sviluppate nuove tecnologie di rilevamento specifiche per i componenti del gas per consentire un'analisi precisa e rapida del gas.