Da SF6 a C4F7N: perché le utilità hanno bisogno di più di un nuovo GIS

Introduzione

L'industria della trasmissione di energia sta entrando in una nuova era.

Per oltre 50 anni, lo SF6 è stato il gas di isolamento e di spegnimento dell'arco preferito per gli interruttori ad alta tensione, GIS, GIL e interruttori.Grazie alla sua eccellente resistenza dielettrica e alle sue prestazioni di commutazione, SF6 è diventato lo standard globale per le apparecchiature isolanti a gas.

Tuttavia, le crescenti preoccupazioni ambientali e le regolamentazioni sempre più severe stanno accelerando l'adozione di gas isolanti alternativi.

I produttori come Hitachi Energy, Siemens Energy, GE Vernova e Mitsubishi Electric hanno introdotto soluzioni di interruttori rispettose dell'ambiente basate su C4F7N, C5-FK, aria secca,e altre tecnologie a basso GWP.

La maggior parte delle discussioni si concentrano sull'apparecchiatura di commutazione stessa.

Ma rimane una domanda più pratica:

Cosa succede dopo che questi nuovi sistemi isolanti sono stati installati?

La risposta è semplice.

I servizi pubblici hanno bisogno di molto di più di un nuovo SIG.

Hanno bisogno di una nuova strategia di gestione del gas.

Perché il C4F7N sta diventando una popolare alternativa allo SF6

Il C4F7N (fluoronitrile) è emerso come una delle alternative più promettenti allo SF6 per applicazioni ad alta tensione.

A differenza dei sistemi SF6 puri, il C4F7N è tipicamente utilizzato in miscele attentamente controllate con CO2 e O2.

Questi gas misti offrono diversi vantaggi:

• Potenziale di riscaldamento globale (GWP) significativamente inferiore
• Performance dielettrica eccellente
• Progettazione di apparecchiature compatte
• Compatibilità con gli impianti di sottostazione esistenti
• capacità di interruzione affidabile

Di conseguenza, la tecnologia C4F7N è ora adottata in GIS, GIL e interruttori ad alta tensione in tutto il mondo.

La sfida nascosta: gestire molteplici tecnologie del gas

La maggior parte delle sottostazioni costruite nei prossimi vent'anni non sarà completamente priva di SF6.

Invece, i servizi pubblici gestiranno una combinazione di:

• SIG SF6 tradizionale
• Equipaggiamento isolante SF6/N2
• Sistemi SF6/CF4
• C4F7N GIS per gas misti
• Dispositivi di commutazione isolati dall'aria secca

Ciò crea una nuova sfida operativa.

Le squadre di manutenzione devono identificare, testare, gestire, recuperare e riempire correttamente diverse tecnologie di gas.

L'utilizzo di un gas sbagliato o di una concentrazione di gas non corretta può influire negativamente sulle prestazioni dell'isolamento e sull'affidabilità dell'apparecchiatura.

Sfida 1: Identificazione del gas

Con molteplici tecnologie di isolamento che operano all'interno della stessa rete, l'identificazione del gas diventa il primo passo per la manutenzione e la messa in servizio.

Gli ingegneri devono determinare rapidamente:

• Quale gas è presente
• Se esiste una contaminazione
• Se la concentrazione di gas soddisfa le specifiche

Senza una corretta identificazione, gli errori di manutenzione diventano sempre più probabili.

Le sottostazioni moderne richiedono quindi attrezzature avanzate di identificazione dei gas in grado di distinguere tra SF6, C4F7N, N2, O2 e altri componenti di gas.

Sfida 2: verifica della qualità del gas e del rapporto di miscelazione

A differenza delle apparecchiature SF6 tradizionali, le tecnologie di gas ambientali dipendono da una composizione precisa del gas.

Anche piccole deviazioni nel rapporto di gas possono influenzare le prestazioni dielettriche.

Le imprese di servizi pubblici devono verificare:

• C4F7N concentrazione
• Concentrazione di CO2
• Concentrazione di O2
• Purezza del gas
• Contenuto di umidità
• Tracce di contaminazione da SF6

Per questo motivo, l'analisi dei gas sta diventando uno dei compiti più importanti durante la messa in servizio e la manutenzione di routine.

Sfida 3: rilevamento delle perdite di gas ambientali

Sebbene le miscele a base di C4F7N abbiano un impatto ambientale molto inferiore rispetto allo SF6, le perdite creano comunque rischi operativi.

Le perdite di gas possono causare:

• Riduzione delle prestazioni di isolamento
• Proporzioni di gas errate
• Aumento dei costi di manutenzione
• Interruzioni non pianificate

Con l'aumentare delle installazioni di commutazioni ambientali, le tecnologie specializzate di rilevamento delle perdite diventeranno una parte essenziale dei programmi di manutenzione delle sottostazioni.

Sfida 4: recupero e riciclo del gas

I gas isolanti ambientali sono significativamente più preziosi dei gas industriali convenzionali.

Durante la manutenzione, i progetti di modernizzazione o la sostituzione delle attrezzature, il recupero del gas diventa economicamente importante.

I servizi pubblici richiedono sempre più attrezzature in grado di:

• Recupero del gas
• Immagazzinamento di gas
• Pompaggio a vuoto
• Purificazione dei gas
• Riempimento a gas

Il riciclo efficiente dei gas riduce i costi operativi e riduce al minimo le perdite di gas durante tutto il ciclo di vita dell'apparecchiatura.

Quali attrezzature serviranno alle strutture di servizio?

Il passaggio da SF6 a C4F7N richiede una gamma più ampia di apparecchiature di prova e di movimentazione rispetto a quanto inizialmente previsto da molte utility.

Tra i requisiti tipici figurano:

Questi strumenti contribuiscono a garantire un funzionamento affidabile durante l'intero ciclo di vita degli apparecchi ecologici.

Come KSTONE sostiene la transizione verso le tecnologie di gas ambientali

Shanghai Yushi Technology Development Co., Ltd. (KSTONE) ha ampliato il proprio portafoglio oltre le tradizionali apparecchiature SF6 per supportare la prossima generazione di interruttori rispettosi dell'ambiente.

KSTONE offre ora una soluzione completa di gestione del gas C4F7N, che comprende:

• KS30-C4 C4F7N Analizzatore di miscele di gas
• Testatore completo KS30-C4-4 C4F7N
• Detettore di perdite quantitativo LF-300-C4
• Unità di miscelazione dei gas KSC4-C4-CO2-O2
• Sistema di recupero KSC4-30WY/20-400Z C4F7N

Queste soluzioni coprono le applicazioni di collaudo dei gas, miscelazione dei gas, rilevamento delle perdite, recupero dei gas e riciclo dei gas.

Conclusioni

Il passaggio da SF6 a C4F7N è molto più che sostituire un gas con un altro.

Richiede un ecosistema completo di test, analisi, gestione, recupero e attrezzature di manutenzione.

Con l'implementazione di sistemi GIS e interruttori ecologici, la gestione efficace del gas diventerà altrettanto importante quanto l'apparecchio di commutazione.

Le organizzazioni che si preparano oggi saranno meglio posizionate per gestire la prossima generazione di sistemi elettrici ad alta tensione in modo sicuro, efficiente e sostenibile.