Che cos'è un quadro elettrico isolato in gas (GIS)?

Apparecchiature di commutazione isolate in gas (GIS)è una forma compatta di apparecchiatura elettrica racchiusa in un involucro metallico.

Tutte le principali parti conduttive sono sigillate all'interno di un ambiente pressurizzato riempito di gas isolante. Il suo aspetto è molto diverso da quello dei tradizionali quadri elettrici isolati in aria (AIS) a causa delle dimensioni estremamente ridotte. Questa tecnologia può ridurre le dimensioni di una sottostazione fino al 90% rispetto ai sistemi AIS convenzionali.

Storicamente, il principale gas isolante utilizzato è stato l'esafluoruro di zolfo (SF₆). Tuttavia, l'industria si sta rapidamente orientando verso opzioni più ecocompatibili. Indipendentemente dal gas utilizzato, un quadro elettrico isolato in gas svolge le funzioni di base necessarie in qualsiasi sistema di alimentazione:

• Per controllare il flusso di energia.
• Per proteggere le apparecchiature elettriche dai guasti.
• Per isolare i circuiti per la manutenzione.

Come funziona il GIS

In questa sezione esamineremo i due ruoli chiave che il gas isolante svolge nel rendere così efficaci gli interruttori isolati in gas: l'isolamento e l'estinzione dell'arco elettrico.

Resistenza dielettrica superiore

La rigidità dielettrica è la capacità di un materiale di sopportare una tensione elettrica senza subire danni.

Il gas isolante utilizzato nei sistemi GIS, tradizionalmente SF₆, possiede forti proprietà elettronegative. Ciò significa che cattura facilmente gli elettroni liberi che altrimenti potrebbero innescare una scarica elettrica.

Questa caratteristica, combinata con la pressurizzazione all'interno dell'involucro, conferisce ilproprietà dielettriche superiori del gas SF₆.

Funziona molto meglio come isolante rispetto all'aria, quindi i componenti conduttivi possono essere posizionati in sicurezza molto più vicini tra loro.

Domare l'arco elettrico

Quando un interruttore automatico deve interrompere una corrente di guasto, crea un potente arco elettrico. Il gas isolante svolge un ruolo chiave nello spegnere questo arco. Ecco come funziona il processo:

1. Rilevamento guasti:I relè di protezione del sistema rilevano una sovracorrente o un cortocircuito e segnalano all'interruttore di intervenire.
2. Separazione di contatto:Quando i contatti meccanici dell'interruttore si separano, tra di essi si forma un arco elettrico.
3. Esplosione di gas:Un meccanismo all'interno dell'interruttore invia un getto di gas isolante ad alta pressione direttamente sul percorso dell'arco elettrico.
4. Raffreddamento e tempra dell'arco:Il gas raffredda rapidamente l'arco e ne assorbe l'energia termica. La sua natura elettronegativa contribuisce a riunificare le particelle ionizzate, estinguendo l'arco e interrompendo la corrente.
5. Isolamento del sistema:Il circuito è ora disattivato e aperto in sicurezza.

Soluzioni di media tensione

Apparecchiature di commutazione isolate in gas (YRM6-12/24)

• Design completamente sigillato:Serbatoio del gas in acciaio inossidabile riempito con SF6 per un isolamento ambientale completo.
• Ingombro ridotto:Design modulare con possibilità di estensione superiore, ideale per progetti con spazi limitati.
• Affidabilità estrema:Prestazioni stabili in ambienti ad alta quota, umidi e corrosivi.
• Conformità:Progettato per soddisfare gli standard internazionali IEC in materia di stabilità di alimentazione a lungo termine.

Scopri di più →

All'interno del contenitore GIS

Un quadro elettrico isolato in gas è un sistema modulare altamente integrato. Diverse unità funzionali chiave sono alloggiate insieme all'interno dell'assemblaggio sigillato.

In genere, all'interno di un ambiente GIS si trovano i seguenti componenti principali:

• Interruttori automatici:Dispositivo attivo per l'interruzione delle correnti normali e di guasto.
• Sezionatori (isolatori) e interruttori di terra:Utilizzato per creare uno spazio di isolamento sicuro per la manutenzione e per mettere a terra in modo sicuro le sezioni isolate.
• Sbarre collettrici:I conduttori principali che trasportano l'energia tra le diverse sezioni del quadro elettrico.
• Trasformatori di misura (CT e VT):I trasformatori di corrente e di tensione forniscono segnali per la misurazione, il monitoraggio e i relè di protezione.
• Contenitore metallico sigillato:L'involucro in alluminio o acciaio, collegato a terra, contiene tutte le parti sotto tensione e il gas isolante, garantendo la sicurezza degli operatori e proteggendo le apparecchiature dagli agenti esterni.
• Sistema di monitoraggio del gas:Un dispositivo di sicurezza fondamentale che monitora costantemente la densità e la pressione del gas, avvisando gli operatori di eventuali perdite.

Confronto tra GIS e AIS

Per comprendere il valore dei quadri elettrici isolati in gas (GIS), è utile confrontarli direttamente con quelli isolati in aria (GIS). I quadri GIS offrono vantaggi significativi in ​​termini di affidabilità e manutenzione, ma comportano un costo iniziale più elevato.

Un futuro più verde per i sistemi informativi geografici (GIS)

Il cambiamento più significativo nella moderna tecnologia degli interruttori isolati in gas (GAS) è il passaggio dal gas SF₆ a quello SF₆, per rispondere alle preoccupazioni ambientali.

La sfida ambientale di SF₆

L'SF₆ funziona egregiamente come gas tecnico, ma è anche il gas serra più potente conosciuto dalla scienza. Il suo potenziale di riscaldamento globale (GWP) è oltre 24.000 volte superiore a quello della CO₂. Inoltre, può rimanere nell'atmosfera per oltre 3.000 anni.

Norme ambientali rigorose, come il regolamento UE sui gas fluorurati, stanno accelerando questo cambiamento.I principali produttori stanno sviluppando soluzioni senza SF₆Queste soluzioni mirano a mantenere lo stesso livello di prestazioni riducendo al contempo l'impatto ambientale.

Scopri le alternative ecologiche

Una nuova generazione di gas isolanti ecocompatibili è ora in uso sul campo. Queste soluzioni offrono prestazioni simili con un impatto ambientale decisamente inferiore.

Tra le principali opzioni che osserviamo oggi figurano:

• g³ (Gas verde per la rete):Una miscela di gas a base di fluoronitrile che riduce il GWP di oltre il 99% rispetto all'SF₆.
• Miscele di aria secca e CO₂:Queste soluzioni offrono un GWP pari a zero, utilizzando aria purificata, azoto e anidride carbonica come mezzo isolante.
• Miscele a base di fluorochetoni:Un altro tipo di gas sintetico che offre anch'esso una notevole riduzione del GWP.

Queste tecnologie non sono più solo in fase di sperimentazione. Le aziende di servizi pubblici le stanno utilizzando attivamente in nuovi progetti, tra cui l'impiego di gas di origine naturale per le nuove installazioni GIS e altre opzioni prive di SF₆.

Applicazioni GIS essenziali

I vantaggi esclusivi degli interruttori isolati in gas li rendono la scelta migliore, e talvolta l'unica possibile, per una vasta gamma di applicazioni critiche.

• Sottostazioni urbane:Laddove il terreno è molto costoso o difficile da reperire, le dimensioni ridotte di un sistema GIS sono essenziali.
• Parchi eolici offshore e zone costiere:L'involucro sigillato offre una protezione completa dall'aria salmastra e dall'umidità, mantenendo l'affidabilità delle apparecchiature anche in ambienti marini difficili.
• Installazioni sotterranee e interne:I sistemi GIS si rivelano particolarmente efficaci per le sottostazioni situate in scantinati, gallerie o edifici, dove la sicurezza e lo spazio limitato sono prioritari.
• Impianti industriali:In ambienti con elevata presenza di polvere o inquinamento chimico, il design sigillato blocca la contaminazione e mantiene stabile il funzionamento.
• Centrali idroelettriche:Spesso vengono costruite all'interno di montagne o grotte, dove lo spazio è molto limitato.

Conclusione: il valore duraturo dei GIS

Gli interruttori isolati in gas (GAS) hanno dimostrato il loro valore grazie ai loro punti di forza principali: dimensioni ridotte, elevata affidabilità, maggiore sicurezza e basse esigenze di manutenzione. Sebbene la tecnologia si stia evolvendo per ridurre l'impatto ambientale abbandonando l'SF₆, il suo design di base rimane un elemento fondamentale delle moderne reti elettriche.

Il GIS è essenziale per costruire infrastrutture elettriche solide ed efficienti in termini di spazio. Aiuta a portare l'energia rinnovabile nelle aree urbane affollate e rappresentail futuro della tecnologia degli interruttori, conciliando prestazioni elevate con standard ambientali sempre più rigorosi.