Quali materiali vengono utilizzati per l'isolamento di un'unità principale ad anello?

Questa è una domanda che sento costantemente da ingegneri e specialisti degli acquisti. Ed è logico: l'isolamento di un'unità principale Ring non è semplicemente un materiale di riempimento. È la spina dorsale dell'affidabilità, della sicurezza e dell'ingombro del quadro. Nel corso degli anni, ho visto la tecnologia di isolamento evolversi notevolmente e ogni opzione presenta i propri compromessi. Analizziamo cosa c'è effettivamente all'interno di queste unità e perché è importante.

1. Isolamento dell'aria

Cominciamo con l'opzione più tradizionale. Le RMU isolate in aria esistono da decenni e continuano ad essere forti per buone ragioni.

La realtà dell'aria come isolamento

Il problema dell'aria è questo: è gratis, è ovunque e non richiede un trattamento speciale. Ma quella cifra di rigidità dielettrica che vedi spesso citata? Prendilo con le pinze. Nella pratica progettazione RMU, non si fa affidamento su 3 kV/mm netti attraverso un intervallo perfetto. L’isolamento dell’aria nel mondo reale dipende interamente dalle distanze di sicurezza, dai livelli di contaminazione e dall’umidità. Ecco perché le RMU isolate in aria sono fisicamente più grandi: necessitano di spazio per mantenere distanze elettriche sicure.

Dove brillano le RMU isolate in aria

Li vedo specificati più spesso per applicazioni industriali interne dove lo spazio non è il vincolo principale. Pensa alle sottostazioni delle fabbriche, ai quadri elettrici principali degli edifici commerciali o ai punti di distribuzione dei servizi pubblici in aree meno densamente popolate. La manutenzione è semplice: per lo più ispezioni visive e mantenimento degli scomparti puliti. Nessuna manipolazione del gas, nessuna sigillatura complessa. Solo aria.

Il compromesso? Misurare. Se lavori in un angusto seminterrato urbano o su una piattaforma offshore, l'isolamento dell'aria potrebbe non essere tuo amico.

2. Isolamento del gas SF6

Ora stiamo entrando nei pezzi grossi. Le RMU isolate in SF6 hanno cambiato completamente il gioco per i quadri compatti.

Cosa rende SF6 diverso

L'SF6 non è solo "aria migliore". È una bestia completamente diversa. La sua rigidità dielettrica sotto pressione consente distanze tra fase e fase e tra fase e terra drasticamente ridotte. Ma ecco ciò che i libri di testo non sempre sottolineano: la vera magia di SF6 sta nella sua capacità di estinzione dell'arco. Quando i contatti si separano sotto carico, l'SF6 si ricombina quasi istantaneamente dopo aver assorbito l'energia degli elettroni. Ecco perché queste unità possono essere così compatte ma gestire un'energia di guasto significativa.

L'elefante nella stanza

L'SF6 non è solo "aria migliore". È una bestia completamente diversa. La sua rigidità dielettrica sotto pressione consente distanze tra fase e fase e tra fase e terra drasticamente ridotte. Ma ecco ciò che i libri di testo non sempre sottolineano: la vera magia di SF6 sta nella sua capacità di estinzione dell'arco. Quando i contatti si separano sotto carico, l'SF6 si ricombina quasi istantaneamente dopo aver assorbito l'energia degli elettroni. Ecco perché queste unità possono essere così compatte ma gestire un'energia di guasto significativa.

Detto questo, per le applicazioni ad alta tensione in cui l’ingombro è fondamentale, l’SF6 rimane la tecnologia dominante. Li troverai nelle sottostazioni del centro città, negli impianti industriali con vincoli di spazio e nei sistemi di raccolta di energia rinnovabile. Puoi esplorare di più sulle opzioni dei quadri ad alta tensione, comeQuadri di chiusura in metallo, che potrebbe utilizzare l'isolamento SF6, sul nostro sito web.

3. Isolamento solido

È qui che l’innovazione diventa interessante. Le RMU a isolamento solido rappresentano un cambiamento fondamentale rispetto ai dielettrici gassosi.

Oltre la resina epossidica: cosa viene effettivamente utilizzato

La resina epossidica attira la maggior parte dell'attenzione e sì, è ampiamente utilizzata. Ma i materiali di livello ingegneristico delle moderne RMU sono più sofisticati della semplice resina da colata. Si tratta di sistemi epossidici cicloalifatici con cariche silicee che controllano la dilatazione termica e migliorano la resistenza al tracciamento. Questi materiali vengono colati sotto vuoto attorno ai conduttori, creando un sistema di isolamento monolitico senza vuoti, perché i vuoti significano scarica parziale e la scarica parziale significa guasto.

Gomma siliconica: l'opzione flessibile
La gomma siliconica apporta qualcosa di epossidico che non può essere elastico. Nelle RMU in cui i cicli termici o le vibrazioni rappresentano un problema, l'isolamento in gomma siliconica consente il movimento senza rompersi. Mantiene inoltre le proprietà idrofobiche, il che significa che l'acqua si accumula e rotola via anziché formare pellicole conduttive sulle superfici.

I vantaggi pratici

Il solido isolamento elimina del tutto il monitoraggio del gas. Nessuna perdita, nessun controllo della pressione, nessuna preoccupazione per i gas serra. È anche intrinsecamente più resistente alla contaminazione (nebbia salina, polvere, umidità) perché le parti sotto tensione sono incapsulate. Per le installazioni costiere o gli ambienti industriali inquinati, si tratta di un enorme vantaggio in termini di affidabilità.

4. Isolamento composito

Ecco dove le linee si confondono. La maggior parte delle RMU moderne non si basa su un unico tipo di isolamento.

Che aspetto ha davvero il composito

Prendiamo una tipica RMU isolata in gas. L'isolamento primario potrebbe essere SF6, ma all'interno del compartimento del gas troverai isolanti in resina epossidica che supportano i conduttori e mantengono la posizione. Tali isolanti devono resistere alle stesse sollecitazioni elettriche del gas, oltre ai carichi meccanici durante le condizioni di commutazione e di guasto.

Nelle unità isolate in aria, vedrai spesso barriere in fibra di vetro in poliestere o resina epossidica tra le fasi o tra le parti sotto tensione e la terra. Questi consentono spazi ridotti mantenendo la sicurezza: l'aria fornisce l'isolamento primario, ma la solida barriera impedisce percorsi diretti di archi.

Perché mescolare i materiali?

Si tratta di sfruttare i punti di forza. Il gas o l'aria gestiscono l'isolamento sfuso su distanze. I materiali solidi forniscono supporto meccanico, protezione barriera e controllo dello stress alle interfacce. Ottieni la giusta combinazione e ottimizzerai contemporaneamente dimensioni, costi e affidabilità.

5. Cosa guida effettivamente la scelta

Quando lavoro con i clienti che specificano le RMU, la decisione sull'isolamento raramente si riduce a un solo fattore. Ecco di cosa discutiamo effettivamente:

La classe di tensione non è semplice

Sì, tensioni più elevate richiedono prestazioni dielettriche migliori. Ma all'interno della stessa classe di tensione, potresti scegliere l'aria per la semplicità, l'SF6 per la compattezza o il solido per la conformità ambientale. L'applicazione detta la priorità.

Il calcolo ambientale

L’SF6 è tecnicamente eccellente, ma la traiettoria normativa è chiara. Se il tuo progetto ha una durata di 30 anni, l’SF6 sarà ancora accettabile nel 2050? Molti dei miei clienti si stanno spostando preventivamente verso tecnologie di gas solide o alternative (come miscele di fluoronitrile o fluorochetone) per rendere le loro installazioni a prova di futuro.

Costo totale di proprietà

Le unità isolate in aria hanno un costo iniziale inferiore ma un ingombro maggiore. Le unità SF6 costano di più inizialmente ma fanno risparmiare beni immobili. Le unità con isolamento solido eliminano i costi di gestione del gas durante il ciclo di vita. Chiedo sempre ai clienti di modellare i costi ventennali, non solo il prezzo di acquisto.

Cosa dico ai clienti

Se stai installando in un ambiente interno controllato con spazio a disposizione, l'isolamento dell'aria è perfettamente fattibile ed economico.

Se ti stai infilando in una sottostazione urbana o hai a che fare con livelli di guasto elevati in uno spazio compatto, l'SF6 (o le sue alternative emergenti) è ancora la scelta pragmatica, per ora.

Se ti trovi in ​​un ambiente sensibile, in una zona costiera o hai mandati di sostenibilità, un isolamento solido merita una seria considerazione. La tecnologia è maturata e l'affidabilità è dimostrata.

Conclusione

La scelta del materiale isolante per un'unità principale Ring dipende da una serie di fattori, tra cui il livello di tensione, le condizioni ambientali, i costi e la sicurezza. L'aria, il gas SF6, l'isolamento solido e l'isolamento composito hanno tutti le loro proprietà e applicazioni uniche. In qualità di fornitore di RMU, ci impegniamo a fornire ai nostri clienti le migliori soluzioni di isolamento in base alle loro esigenze specifiche.

Se stai cercando un'unità principale Ring e desideri discutere ulteriormente le opzioni di isolamento, ti invitiamo a contattarci per una consulenza dettagliata. Il nostro team di esperti può aiutarti a selezionare il materiale isolante e il design RMU più adatti al tuo progetto.

Riferimenti

• IEC 62271-201, Apparecchiature di manovra e controllo ad alta tensione – Parte 201: Apparecchiature di manovra e controllo con isolamento CA per tensioni nominali superiori a 1 kV e fino a 52 kV inclusi.

• Brochure tecnica CIGRE 589, "Guida utente per l'applicazione di quadri isolati in gas (GIS) per tensioni nominali superiori a 52 kV."

• "Isolamento solido per quadri di media tensione", Transazioni IEEE su dielettrici e isolamento elettrico, vol. 27, n. 3, giugno 2020.