Qu'est-ce qu'un appareillage de commutation isolé au gaz (GIS) ?

Appareillage de commutation isolé au gaz (GIS)est une forme compacte, enfermée dans un boîtier métallique, d'appareillage électrique de commutation.

Tous les principaux composants conducteurs sont scellés dans un environnement pressurisé rempli de gaz isolant. De par sa taille réduite, ce système se distingue nettement des appareillages de commutation isolés à l'air (AIS) traditionnels. Cette technologie permet de réduire la taille d'un poste de transformation jusqu'à 90 % par rapport aux AIS conventionnels.

Historiquement, le principal gaz isolant a été l'hexafluorure de soufre (SF₆). Cependant, l'industrie s'oriente rapidement vers des solutions plus respectueuses de l'environnement. Quel que soit le gaz utilisé, un appareillage de commutation isolé au gaz assure les fonctions essentielles de tout système électrique :

• Pour contrôler le flux d'énergie.
• Pour protéger les équipements électriques contre les défauts.
• Pour isoler les circuits en vue de la maintenance.

Comment fonctionne un SIG

Nous allons ici examiner les deux rôles clés que joue le gaz isolant dans l'efficacité des appareillages de commutation isolés au gaz : l'isolation et l'extinction de l'arc.

Force diélectrique supérieure

La rigidité diélectrique est la capacité d'un matériau à supporter une tension sans se rompre.

Le gaz isolant utilisé dans les systèmes géothermiques isolés (GIS), traditionnellement le SF₆, possède de fortes propriétés électronégatives. Cela signifie qu'il capture facilement les électrons libres qui pourraient autrement amorcer une décharge électrique.

Cette caractéristique, combinée à la pressurisation à l'intérieur de l'enceinte, permetpropriétés diélectriques supérieures du gaz SF₆.

Il est bien plus efficace que l'air comme isolant, ce qui permet de placer les pièces conductrices beaucoup plus près les unes des autres en toute sécurité.

Dompter l'arc électrique

Lorsqu'un disjoncteur doit interrompre un courant de défaut, il crée un puissant arc électrique. Le gaz isolant joue un rôle essentiel dans l'extinction de cet arc. Voici comment cela fonctionne :

1. Détection des pannes :Les relais de protection du système détectent une surintensité ou un court-circuit et déclenchent le disjoncteur.
2. Séparation des contacts :Lorsque les contacts mécaniques du disjoncteur s'écartent, un arc électrique se forme entre eux.
3. Explosion de gaz :Un mécanisme à l'intérieur du disjoncteur envoie un jet de gaz isolant à haute pression directement sur le trajet de l'arc électrique.
4. Refroidissement et trempe par arc électrique :Le gaz refroidit rapidement l'arc et absorbe son énergie thermique. Son caractère électronégatif contribue à la réassociation des particules ionisées, éteignant ainsi l'arc et interrompant le courant.
5. Isolation du système :Le circuit est maintenant hors tension et ouvert en toute sécurité.

Solutions moyenne tension

Appareillage de commutation isolé au gaz (YRM6-12/24)

• Conception entièrement étanche :Réservoir de gaz en acier inoxydable rempli de SF6 pour une isolation environnementale totale.
• Empreinte au sol compacte :Conception modulaire avec possibilité d'extension supérieure, idéale pour les projets à espace limité.
• Fiabilité extrême :Performances stables en haute altitude, en milieu humide et corrosif.
• Conformité:Conçu pour répondre aux normes internationales CEI en matière de stabilité de l'alimentation électrique à long terme.

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À l'intérieur de l'enceinte SIG

Un appareillage de commutation isolé au gaz est un système modulaire hautement intégré. Plusieurs unités fonctionnelles clés sont logées ensemble à l'intérieur de l'ensemble étanche.

On trouve généralement les composants de base suivants dans une baie SIG :

• Disjoncteurs :Dispositif actif d'interruption des courants normaux et de défaut.
• Sectionneurs (isolateurs) et interrupteurs de terre :Utilisé pour créer un espace d'isolation sécurisé pour la maintenance et pour mettre à la terre en toute sécurité les sections isolées.
• Barres omnibus :Les conducteurs principaux qui transportent l'énergie entre les différentes travées de l'appareillage de commutation.
• Transformateurs de mesure (TC et TP) :Les transformateurs de courant et de tension fournissent des signaux pour la mesure, la surveillance et les relais de protection.
• Boîtier métallique étanche :Le boîtier en aluminium ou en acier mis à la terre contient toutes les pièces sous tension et le gaz isolant, assurant la sécurité des opérateurs et protégeant l'équipement des agressions extérieures.
• Système de surveillance des gaz :Un dispositif de sécurité essentiel qui surveille en permanence la densité et la pression du gaz, alertant les opérateurs en cas de fuite potentielle.

Comparaison entre SIG et AIS

Pour bien comprendre l'intérêt des appareillages de commutation isolés au gaz (GIS), il est utile de les comparer directement aux appareillages de commutation isolés à l'air (AIR). Les GIS offrent des avantages considérables en termes de fiabilité et de maintenance, mais leur coût initial est plus élevé.

Un avenir plus vert pour les SIG

Le changement le plus important dans la technologie moderne des appareillages de commutation isolés au gaz est l'abandon du gaz SF₆ pour répondre aux préoccupations environnementales.

Le défi environnemental SF₆

Le SF₆ est un excellent gaz technique, mais c'est aussi le gaz à effet de serre le plus puissant connu de la science. Son potentiel de réchauffement global (PRG) est plus de 24 000 fois supérieur à celui du CO₂. Il peut également persister dans l'atmosphère pendant plus de 3 000 ans.

Des réglementations environnementales strictes, comme le règlement européen sur les gaz fluorés, accélèrent ce changement.Les principaux fabricants développent des solutions sans SF₆Ces solutions visent à maintenir le même niveau de performance tout en réduisant l'impact environnemental.

Découvrez les alternatives écologiques

Une nouvelle génération de gaz isolants écologiques est désormais utilisée sur le terrain. Ces solutions offrent des performances similaires avec un impact environnemental bien moindre.

Les principaux choix que nous observons aujourd'hui sont les suivants :

• g³ (Gaz vert pour le réseau) :Un mélange gazeux à base de fluoronitrile qui réduit le PRG de plus de 99 % par rapport au SF₆.
• Mélanges air sec / CO₂ :Ces solutions offrent un potentiel de réchauffement global nul, utilisant de l'air purifié, de l'azote et du dioxyde de carbone comme isolant.
• Mélanges à base de fluorocétone :Un autre type de gaz synthétique qui permet également une réduction importante du PRG.

Ces technologies ne sont plus seulement à l'étude. Les entreprises de services publics les utilisent activement dans de nouveaux projets, notamment pour l'approvisionnement en gaz naturel des nouvelles installations de gaz naturel comprimé et d'autres solutions sans SF₆.

Applications SIG essentielles

Les avantages uniques des appareillages de commutation isolés au gaz en font le meilleur choix, et parfois le seul choix, pour une gamme d'applications critiques.

• Sous-stations urbaines :Là où les terrains sont très chers ou difficiles à trouver, la petite taille du SIG est essentielle.
• Parcs éoliens en mer et zones côtières :Le boîtier étanche offre une protection complète contre l'air salin et l'humidité, assurant ainsi la fiabilité des équipements dans les environnements marins difficiles.
• Installations souterraines et intérieures :Le SIG est particulièrement adapté aux sous-stations situées dans des sous-sols, des tunnels ou des bâtiments où la sécurité et l'espace limité sont des préoccupations majeures.
• Installations industrielles :Dans les endroits fortement exposés à la poussière ou à la pollution chimique, sa conception étanche empêche toute contamination et assure un fonctionnement stable.
• Centrales hydroélectriques :Elles sont souvent construites à l'intérieur de montagnes ou de grottes où l'espace est très limité.

Conclusion : Valeur durable des SIG

Les appareillages de commutation isolés au gaz ont démontré leur efficacité grâce à leurs atouts majeurs : compacité, grande fiabilité, sécurité accrue et faibles besoins de maintenance. Bien que la technologie évolue pour réduire son impact environnemental en abandonnant progressivement le SF₆, sa conception de base demeure essentielle aux réseaux électriques modernes.

Les SIG sont essentiels à la construction d'infrastructures électriques robustes et peu encombrantes. Ils contribuent à l'apport d'énergie renouvelable dans les zones urbaines densément peuplées et représententl'avenir de la technologie des appareillages de commutation, conciliant performance et normes environnementales croissantes.