Apparecchiatura commutatrice SF₆ completamente isolata: vantaggi componenti e soluzioni di espansione

1. Caratteristiche degli apparati di commutazione SF₆ completamente isolati
1.1 Panoramica

Gli apparati di commutazione SF₆ completamente isolati comprendono unità funzionali come interruttori di carico, combinazioni interruttore-fusibile, disgiuntori-interruttori, ecc., tutti sigillati all'interno di scatole a gas in acciaio inossidabile riempite con gas SF₆ a bassa pressione. Questo gas funge da mezzo per la spegnimento dell'arco e l'isolamento. Gli apparati di commutazione utilizzano meccanismi a molla azionati elettricamente o manualmente. Ogni armadio è una scatola a gas indipendente, consentendo l'espansione attraverso connettori di barra di alimentazione in entrambe le direzioni. Adatti ai sistemi di distribuzione a media tensione, queste unità sono ampiamente utilizzate nelle sottostazioni e stazioni di commutazione per svolgere vari compiti di distribuzione dell'energia.

1.2 Componenti speciali degli apparati di commutazione SF₆ completamente isolati

I componenti chiave includono:

• Scatola a gas sigillata: All'interno della scatola a gas sigillata si trovano gli apparati di commutazione e le barre di alimentazione, riempite con gas SF₆ alla pressione nominale di 0,03 MPa. La saldatura laser avanzata e la rilevazione simultanea delle fughe di elio al vuoto garantiscono un sigillaggio superiore. Non è necessario alcun rifornimento di gas o sostituzione durante la sua vita operativa, rendendolo manutenzione-zero. A seconda dell'espandibilità, le scatole a gas possono essere condivise o indipendenti; solo le scatole indipendenti supportano l'espansione.

• Dispositivo di rilascio della pressione: Situato nella parte inferiore della scatola a gas, il canale di rilascio della pressione presenta una membrana antiesplosiva. In caso di guasti interni ad arco, l'espansione rapida del gas forza l'apertura della membrana, rilasciando la pressione e dirigendo il gas SF₆ in fossati per garantire la sicurezza degli operatori e di altre apparecchiature.

• Telaio dell'armadio: Il telaio (esclusa la scatola a gas) serve come base di montaggio per tutti i componenti e supporta la scatola a gas. Solitamente consiste in tre compartimenti principali: stanza del meccanismo di comando, stanza dei cavi e canale di rilascio della pressione.

1.3 Principali vantaggi degli apparati di commutazione SF₆ completamente isolati

• Completamente sigillati e isolati: Tutte le parti a corrente elevata sono sigillate all'interno della scatola a gas, minimizzando l'impatto ambientale. Ideali per ambienti umidi o inquinati, particolarmente adatti per regioni come il Delta del Fiume delle Perle.

• Design compatto: L'utilizzo di interruttori di carico a tre posizioni riduce il numero di componenti. Le parti conduttive utilizzano l'isolamento SF₆, risultando in una struttura più compatta rispetto agli armadi semi-isolati a aria.

• Indipendenza dall'altitudine: Gli elementi interni sono ospitati in involucri pressurizzati, garantendo prestazioni costanti indipendentemente dall'altitudine.

• Espandibilità: Con ogni armadio che è una scatola a gas indipendente e dotata di interfacce di espansione preselezionate, l'espansione è possibile utilizzando connettori di barra di alimentazione. Questi connettori consistono in tre adattatori in silicone installati orizzontalmente nei bushing a cono interno degli armadi adiacenti, collegando le loro barre di alimentazione senza compromettere l'integrità dello sigillaggio.

2. Analisi delle soluzioni di espansione per gli apparati di commutazione SF₆ completamente isolati

Come aggiungere nuovi armadi a unità di anello principale (RMU) completamente isolate SF₆ esistenti è diventato una sfida negli ultimi anni a causa della mancanza di specifiche standardizzate di interfaccia tra diversi produttori. Di seguito è presentata un'analisi basata su un progetto specifico:

Studio di caso X: Una sottostazione in un'area residenziale attualmente ospita tre RMU completamente isolati espandibili della HD Switchgear Company, compresa una unità di linea in entrata e due unità di linea in uscita. Il progetto richiede l'aggiunta di un'altra unità di linea in uscita e l'estensione di un cavo ZRC-YJV22-3×120 a un nuovo armadio esterno per servire nuovi utenti. Sono state considerate diverse soluzioni:

• Sostituzione completa: La sostituzione di tutti e tre gli RMU esistenti potrebbe danneggiare i cavi connessi se non vengono rimossi e reinstallati con cura, portando a costi aggiuntivi significativi. Dato che le unità attuali sono in funzione da meno di due anni, questa opzione sarebbe uno spreco.

• Aggiunta di un nuovo armadio: Poiché l'apparato di commutazione è fornito dall'ufficio elettrico, l'acquisto di un prodotto non HD potrebbe portare a problemi di compatibilità a causa di standard di interfaccia di barra di alimentazione diversi. L'acquisizione tramite processi di gara specializzati ritarderebbe anche i tempi del progetto.

• Utilizzo di armadi SF₆ semi-isolati: L'introduzione di un armadio semi-isolato insieme a un armadio di rialzo della barra di alimentazione per colmare il divario tra unità completamente e semi-isolate presenta sfide a causa della mancanza di componenti di connessione standardizzati, richiedendo una stretta collaborazione con il produttore originale.

• Installazione di ulteriori unità semi-isolate: L'aggiunta di un'unità di linea in uscita semi-isolata e un armadio di rialzo della barra di alimentazione accanto all'unità di linea in entrata esistente consente di reindirizzare i cavi attraverso l'armadio di rialzo, espandendo efficacemente la capacità senza interrompere le installazioni esistenti. Questa soluzione è stata infine scelta per la sua praticità ed efficienza.

Il quarto metodo è stato adottato, risolvendo con successo le esigenze di espansione, e il progetto ora è completato e funziona regolarmente.

3. Conclusione

In conclusione, gli apparati di commutazione SF₆ completamente isolati offrono evidenti vantaggi tecnici ma affrontano sfide a causa della mancanza di standard unificati di interfaccia, complicando l'integrazione diretta tra prodotti di diversi produttori. Anche se il quarto metodo ha risolto il problema immediato, i futuri progetti dovrebbero priorizzare l'uso di prodotti del produttore originale, confermando la loro espandibilità, evitando in particolare strutture a scatola condivisa che generalmente non possono essere espansi. Questo approccio garantisce una maggiore compatibilità e fattibilità per gli aggiornamenti del sistema.