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Perché gli interruttori a vuoto da 12kV superano SF6/Olio/Aria: un'analisi della soluzione completa

Perché gli interruttori a vuoto da 12 kV superano i modelli SF₆/Olio/Aria: un'analisi completa della soluzione

Nella distribuzione di energia a media tensione (MT), in particolare all'interno degli armadi elettrici interni da 12 kV, gli interruttori a vuoto (VCB) sono emersi come la tecnologia dominante, superando significativamente le alternative storiche come gli interruttori a SF₆, a olio minimo e ad aria. Questo rapporto fornisce un confronto dettagliato tra gli interruttori a vuoto interni da 12 kV e queste tecnologie concorrenti, evidenziandone i vantaggi principali.

​I. Panoramica delle tecnologie concorrenti principali

  1. Interruttori a SF₆
    • Principio: Utilizza il gas esagascosilano (SF₆) per la spegnitura dell'arco e l'isolamento. Il SF₆ offre eccellenti proprietà dielettriche e di spegnitura dell'arco.
    • Applicazione: Un tempo ampiamente utilizzato nei sistemi MT/HT, specialmente per applicazioni ad alta capacità di spegnitura o esterne. Tuttavia, la sua quota di mercato negli armadi interni da 12 kV è stata sostituita in gran parte dai VCB a causa di preoccupazioni ambientali e di manutenzione.
  2. Interruttori a olio minimo
    • Principio: Utilizza l'olio del trasformatore come mezzo di spegnitura dell'arco, ma con una quantità significativamente inferiore rispetto ai disegni a olio massiccio precedenti.
    • Applicazione: Una tecnologia mainstream prima dei VCB. I principali svantaggi includono rischi d'incendio, manutenzione elevata e inquinamento ambientale.
  3. Interruttori ad aria
    • Principio: Si basa su soffi d'aria compressa per spegnere l'arco.
    • Applicazione: Utilizzati nei primi sistemi HT o in applicazioni specifiche. Per scenari interni da 12 kV, gli interruttori ad aria sono inferiori ai VCB in termini di capacità di spegnitura, dimensioni e rumore.

​II. Vantaggi principali degli interruttori a vuoto interni da 12 kV

I VCB superano i concorrenti in sei dimensioni critiche:

  1. Eccellenza nella spegnitura dell'arco e affidabilità
    • Spegnitura a vuoto: Il vuoto è un ideale mezzo isolante. La spegnitura dell'arco avviene efficientemente al passaggio zero di corrente in un interruttore sigillato, con una rapida ripresa dielettrica. Ciò garantisce un'elevata affidabilità, soprattutto per operazioni frequenti.
    • Ausenza di rischio di riacceso: A differenza del SF₆ o dell'olio, la spegnitura a vuoto elimina virtualmente il rischio di riacceso.
    • Alta capacità di spegnitura: Gli interruttori a vuoto moderni da 12 kV coprono un ampio intervallo di correnti di cortocircuito nominali (Isc), da 20 kA a oltre 50 kA (ad esempio, ZN63/VBY-12: 40 kA; VS1-12: 50 kA), pari agli interruttori a SF₆ e superiori a quelli a olio/ad aria.
    • Lunga vita elettrica: Sopportano 30-50 interruzioni a piena capacità (ad esempio, VT19-12, VS1-12), soddisfando i requisiti di classe E2 e superando gli interruttori a olio.
  2. Eccellenza ambientale e di sicurezza
    • Zero emissioni di gas serra: I VCB utilizzano il vuoto invece del SF₆, un potente gas serra con un GWP ~23.500 volte quello del CO₂, eliminando sfide normative e di smaltimento.
    • Ausenza di rischio di incendio: A differenza degli interruttori a base di olio, gli interruttori a vuoto non presentano rischi di incendio o esplosione.
    • Operazione non tossica: Non genera prodotti tossici durante l'interruzione (a differenza della decomposizione del SF₆).
  3. Manutenzione minima e longevità
    • Progettazione "senza manutenzione": Gli interruttori a vuoto sigillati non richiedono manutenzione interna durante la loro vita utile (tipicamente paragonabile alla durata meccanica). Questo si contrappone nettamente agli interruttori a SF₆ (monitoraggio/rifornimento del gas) e a quelli a olio (sostituzione dell'olio).
    • Alta durata meccanica: Meccanismi a molla raggiungono 10.000-30.000 operazioni (classe M2), riducendo la manutenzione meccanica.
    • Isolamento solido: Tecnologie come pali impregnati di resina epoxidica (ad esempio, VS1-12) migliorano la resistenza alla polvere, all'umidità e alla condensa.
  4. Progettazione compatta e flessibilità
    • Piccola impronta: Interruttori a vuoto compatti e meccanismi ottimizzati consentono progetti spazialmente efficienti.
    • Versatilità di installazione: Meccanismi di operazione integrati supportano configurazioni fisse o estrattibili (ad esempio, per KYN28A-12/GZS1, XGN).
    • Modularità: Assemblaggio semplificato e sostituzione di componenti.
  5. Interruzione avanzata ed efficienza dei costi
    • Corrente di taglio bassa: Minimizza la sovratensione di commutazione durante l'interruzione di corrente induttiva.
    • Commutazione capacitiva di classe C2: Probabilità di riacceso ultra-bassa per banchi di condensatori.
    • Costo totale di possesso (TCO) basso: Sebbene i costi iniziali possano essere simili a quelli degli interruttori a SF₆, i VCB offrono costi totali inferiori durante la vita utile a causa della manutenzione minima, assenza di costi per la gestione del SF₆, premi assicurativi ridotti (nessun rischio di incendio) e lunga vita di servizio.
  6. Resistenza ambientale
    • Opera in modo affidabile in condizioni standard (-15°C a +40°C, ≤1.000 m di altitudine). Le varianti con isolamento solido tollerano ambienti difficili (ad esempio, alta umidità, inquinamento).

​III. Riepilogo comparativo

Tabella: Interruttori a vuoto interni da 12 kV vs. principali concorrenti

​Caratteristica

​VCB

​Interruttore a SF₆

​Interruttore a olio minimo

​Interruttore ad aria

Mezzo di spegnitura dell'arco

Vuoto

Gas SF₆

Olio del trasformatore

Aria compressa

Punto di forza principale

Affidabilità, manutenzione zero, eco-friendly, compatto, lunga vita

Alta capacità di spegnitura, isolamento

Matura (storica)

Nessun rischio di incendio

Punto debole principale

Sovratensione di taglio (gestibile)

Gas ad alto GWP, manutenzione complessa

Rischio di incendio, manutenzione frequente, inquinamento

Dimensioni grandi, rumore, capacità di spegnitura limitata

Capacità di spegnitura (Isc)

Alta (20 kA-50 kA+)

Alta

Media

Bassa/Media

Vita elettrica

Alta (30-50 operazioni)

Media/Alta

Bassa

Media

Vita meccanica

Alta (10k-30k operazioni)

Media/Alta

Bassa

Media

Manutenzione

Molto bassa

Alta (monitoraggio del gas)

Alta (cambi di olio)

Media (sistema d'aria)

Eco-friendliness

Eccezionale (zero emissioni)

Povera (GWP del SF₆)

Povera (inquinamento da olio)

Media (rumore)

Rischio di incendio/esplosione

Nessuno

Basso (SF₆ non infiammabile)

Alto

Nessuno

Dimensioni

Compatto

Medio

Grande

Molto grande

TCO

Basso (iniziale + a lungo termine)

Alto (gas + costi di conformità)

Medio/Alto (manutenzione + rischio)

Medio/Alto

Tendenza di mercato

Dominante per gli armadi interni da 12 kV

In fase di uscita per gli armadi interni da MT

Obsoleto

Applicazioni specifiche

​IV. Conclusione

Per la distribuzione di energia interna a 12 kV, gli interruttori a vuoto (VCB) sono la tecnologia di scelta incontestata. La loro eccellenza nella spegnitura dell'arco, l'affidabilità ineguagliata, l'operazione veramente senza manutenzione, la sicurezza ambientale (assenza di rischi legati a SF₆, olio e incendi), il design compatto e l'efficienza dei costi a lungo termine hanno consolidato il loro dominio nell'infrastruttura elettrica moderna.

06/10/2025
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