Come la Tecnologia del Vuoto Sostituisce l'SF6 nelle Unità Principal Ring Moderne

Le unità a anello (RMU) vengono utilizzate nella distribuzione secondaria di energia elettrica, collegandosi direttamente agli utenti finali come comunità residenziali, cantieri edili, edifici commerciali, autostrade, ecc.

In una sottostazione residenziale, la RMU introduce una tensione media di 12 kV, che viene poi ridotta a 380 V di tensione bassa attraverso i trasformatori. L'armadio di commutazione a bassa tensione distribuisce l'energia elettrica a varie unità utente. Per un trasformatore di distribuzione da 1250 kVA in una comunità residenziale, l'unità a anello a media tensione tipicamente adotta una configurazione con due alimentazioni in entrata e una in uscita, o due alimentazioni in entrata con più uscite, con ciascuna uscita collegata a un trasformatore. Per un trasformatore da 1250 kVA, la corrente sul lato dell'unità a anello a 12 kV è di 60 A. Viene utilizzato un gruppo combinato di interruttore carico-fusibile (unità FR), composto da un interruttore di carico e un fusibile. Si utilizza un fusibile da 100 A, dove l'interruttore di carico controlla l'alimentazione o lo spegnimento del trasformatore, e il fusibile fornisce la protezione contro i cortocircuiti per il trasformatore. Il trasformatore da 1250 kVA genera una corrente a bassa tensione di 380 V di 2500 A, che viene distribuita tramite armadi di commutazione a bassa tensione standardizzati dalla State Grid.

Le RMU isolate a gas SF6 sono compatte, e la progettazione a serbatoio comune è ancora più piccola ed economica. Grazie alle eccellenti proprietà isolanti e di spegnimento dell'arco del gas SF6, gli interruttori di carico all'interno degli armadi utilizzano il gas SF6 per l'estinzione dell'arco, in grado di interrompere sia le correnti di isolamento che quelle di carico attivo fino a 630 A.

Per le RMU isolate a gas ecologiche, a causa della mancanza di un gas alternativo ecologico che possa eguagliare il SF6 in termini di isolamento e prestazioni di spegnimento dell'arco, e poiché gli interruttori disgiuntori non possono interrompere la corrente di carico, si utilizza comunemente una combinazione di interruttore disgiuntore e interruttore di carico a vuoto per svolgere la funzione che prima richiedeva un solo interruttore.

Nella figura sottostante, la riga superiore mostra lo schema del circuito primario di una RMU tradizionale a SF6, mentre la riga inferiore mostra lo schema del circuito primario di una RMU isolata a gas ecologico.

Si può vedere che per l'armadio di tipo F con interruttori di carico a anello in ingresso e in uscita, è necessaria l'isolazione più un interruttore a vuoto; per l'armadio FR di uscita del trasformatore, è necessaria l'isolazione più un interruttore a vuoto più un fusibile, rendendo la configurazione di commutazione più complessa.

I parametri elettrici dell'interruttore di carico dell'unità a anello sono i seguenti:
• Corrente nominale: 630 A
• Corrente di resistenza al cortocircuito a breve termine: 20/4 (25/4*) kA/4 s
• Corrente di chiusura a cortocircuito: 50 (63*) kA
• Resistenza meccanica dell'interruttore di carico: Classe M1, 5000 operazioni
• Resistenza meccanica dell'interruttore di terra: Classe M1, 3000 operazioni
• Resistenza elettrica dell'interruttore di carico: Classe E3, 200 operazioni

Pertanto, Schneider ha introdotto un metodo parallelo di estinzione dell'arco a vuoto, ovvero l'installazione di un interruttore a vuoto in parallelo all'interno dell'interruttore. Durante il processo di apertura, la leva mobile dell'interruttore a vuoto viene sincronicamente azionata, trasferendo l'arco nell'interruttore a vuoto dove viene estinto.

Dopo l'estinzione dell'arco, i contatti dell'interruttore a vuoto tornano alla posizione chiusa, e durante l'operazione successiva di chiusura dell'interruttore, l'interruttore a vuoto non agisce.

Questa progettazione richiede solo un meccanismo di azionamento, rispetto alle due strutture separate di un disgiuntore e un interruttore a vuoto, risultando in dimensioni minori e costi inferiori. Tuttavia, rispetto a due interruttori indipendenti, il meccanismo di commutazione parallelo impone requisiti più elevati in termini di progettazione, processo di fabbricazione e affidabilità per garantire l'operazione precisa dell'interruttore.

Questo tipo di interruttore di carico con interruttore a vuoto parallelo esiste in diverse forme strutturali, ma il principio sottostante è lo stesso.

Un interruttore a vuoto miniaturizzato è integrato con i contatti principali dell'interruttore, servendo solo per interrompere correnti piccole fino a 630 A.

In linea con gli obiettivi "Dual Carbon", gli armadi isolati a gas ecologici rappresentano una tendenza inevitabile. Senza avanzamenti tecnologici, semplicemente accumulare componenti porta a un aumento del consumo di materiali e risorse, a perdite maggiori e ostacola lo sviluppo sostenibile. Mentre si ricerca nuovi gas alternativi e metodi di spegnimento dell'arco, perseguire soluzioni che semplifichino i meccanismi, rendano l'operazione più facile e migliorino l'affidabilità è un percorso fattibile per produttori e prodotti avanzati. Anche i clienti dovrebbero scegliere prodotti alternativi tecnologicamente avanzati per aiutare a raggiungere prima gli obiettivi Dual Carbon.