Quadri elettrici isolati in gas (GIS): Una panoramica completa

È il GIS (Gas Insulated Switchgear), e questo è tutto ciò che conta. È sulla bocca di ogni ingegnere quando il sudore e le lacrime si traducono nella fornitura di energia a chi ne ha bisogno. Nel frenetico mondo dell'elettrotecnica, dove non un centimetro quadrato va sprecato e il compromesso sull'affidabilità non è un'opzione, questa frase ha assunto un'importanza drasticamente maggiore. Che cos'è il quadro isolato in gas e perché dovrebbe interessarvi se siete un ingegnere elettrico, un project manager o semplicemente una persona che ha bisogno di allargare il proprio orizzonte al mondo dell'infrarosso che fa funzionare questa nostra cosa con i suoi piccoli elettroni invisibili che saltellano intorno al business? Spieghiamo cos'è il quadro elettrico isolato in gas, come funziona e l'importanza fondamentale per il moderno sistema elettrico.

Che cos'è il quadro elettrico?

Prima di addentrarci nella spiegazione del quadro elettrico isolato in gas, spieghiamo cos'è il quadro elettrico. Si tratta di un'apparecchiatura elettrica utilizzata per il controllo, la protezione e l'isolamento dei circuiti elettrici; costituisce una parte molto critica per garantire la sicurezza e l'efficienza dei sistemi di alimentazione. Dispositivi di commutazioneAlcuni degli esemplari più comuni, come gli interruttori, i fusibili, i contattori e i relè, sono parte integrante dei requisiti per il controllo del flusso di elettricità sia in un piccolo edificio residenziale che in un complesso industriale su larga scala.

In base ai livelli di tensione, esistono fondamentalmente tre tipi di quadri:

• Bassa tensione: Meno di 1000 V CA.
• Media tensione: 1000-36 kV CA
• HV: Oltre 36 kV CA

Oltre alle classificazioni di tensione, i quadri si differenziano anche per il tipo di isolamento utilizzato. I mezzi isolanti più comuni sono: aria, olio e gas. È qui che entrano in gioco i quadri isolati in gas.

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

Il quadro elettrico isolato in gas (GIS) è un quadro compatto incapsulato in metallo che utilizza il gas esafluoruro di zolfo (SF6) come mezzo isolante. Essendo più compatti ed efficienti rispetto ai tradizionali quadri isolati in aria, i quadri isolati in gas hanno trovato ampia applicazione nelle applicazioni ad alta tensione in situazioni in cui lo spazio è limitato.

Il gas SF6 ha un'ottima capacità isolante con eccellenti prestazioni dielettriche e di spegnimento dell'arco. Pertanto, sulla base di questo fatto, senza altre difficoltà, un GIS potrebbe lavorare in modo sicuro e affidabile in condizioni in cui sarebbe impraticabile operare con altri tipi di quadri.

Come funziona il quadro elettrico isolato in gas?

Il principio di base di un quadro isolato in gas è un sistema di isolamento e raffreddamento che utilizza il gas SF6. Il principio di funzionamento è spiegato di seguito.

• Isolamento e spegnimento dell'arco: Il sistema di quadri isolati in gas contiene i componenti del sistema in modo ermetico all'interno di un involucro metallico sigillato, riempito con Gas SF6. Il gas SF6 spegne facilmente un arco quando un guasto nell'impianto elettrico provoca l'apertura dell'interruttore del GIS e la creazione di un arco. Il gas SF6 è infatti in grado di assorbire gli elettroni liberi e di neutralizzare l'arco elettrico, spegnendolo. Questo processo avviene in modo molto efficiente, rendendo i GIS molto affidabili.
• Design compatto: Grazie alle eccellenti proprietà isolanti del gas SF6, le unità GIS possono essere enormemente più piccole rispetto alle loro controparti isolate in aria. Questa compattezza rende il GIS ideale per le aree urbane o per le sottostazioni sotterranee, dove il terreno è limitato.
• Bassa manutenzione: Questa è un'altra caratteristica unica del GIS. Il design sigillato garantisce l'eliminazione dell'ingresso di contaminanti nel sistema, riducendo così le ispezioni e le manutenzioni frequenti.

Perché utilizzare l'SF6 nei GIS?

Il gas SF6 costituisce l'elemento base del GIS, in virtù di una proprietà molto particolare, che trova un'applicazione di primaria importanza per l'utilizzo ad alte tensioni:

• Elevata rigidità dielettrica: La rigidità dielettrica dell'SF6 è circa tre volte quella dell'aria, il che lo rende molto potente contro i guasti elettrici.
• Stabilità termica: L'SF6 può resistere alle alte temperature senza rompersi, aumentando così la sicurezza e la durata del quadro.
• Efficienza di spegnimento dell'arco: Poiché l'SF6 è in grado di spegnere un arco molto velocemente e di ricombinarsi, può essere utilizzato più volte senza subire un degrado apprezzabile.

Tuttavia, è necessario tenere in considerazione il fatto che, sebbene altamente efficace, l'SF6 è un gas a effetto serra molto potente. Per questo motivo, la gestione e la riduzione al minimo delle emissioni di SF6 è un aspetto critico delle attività dei quadri isolati in gas.

Componenti di quadri elettrici isolati in gas

Alcuni dei principali componenti che costituiscono un sistema GIS sono i seguenti, che svolgono tutti un ruolo importante nel funzionamento del quadro:

• Barra di distribuzione: Un conduttore che collega vari componenti del quadro isolato in gas per fornire un modo efficiente di trasmettere l'elettricità.
• Trasformatore di correnteQuesto dispositivo riduce le correnti elevate a livelli che consentono misure e monitoraggi accurati.
• Interruttore automatico: L'interruttore automatico si apre in caso di guasto, salvando così il sistema da eventuali danni.
• Trasformatore di potenziale: Il dispositivo viene utilizzato, come il trasformatore di corrente, per ridurre i livelli di tensione per la misurazione.
• Cavi: I cavi GIS sono utilizzati per la trasmissione di energia elettrica tra i quadri e le altre apparecchiature, sia all'interno del quadro GIS che all'esterno.

Vantaggi dei quadri isolati in gas

I vantaggi dei GIS sono numerosi e ne fanno un'applicazione privilegiata in molti campi.

• Compattezza: Le unità GIS sono molto più piccole dei quadri elettrici isolati in aria e questo rappresenta un vantaggio significativo quando lo spazio è limitato, come nelle città o negli ambienti industriali.

• Bassa manutenzione: I quadri isolati in gas richiedono una manutenzione meno frequente rispetto ai quadri tradizionali, grazie alla loro struttura robusta e all'uso del gas SF6.
• Alta affidabilità: Il gas SF 6 garantisce un migliore isolamento e il design sigillato consente un'elevata affidabilità con rischi ridotti di guasti.
• Protezione dell'ambiente: La struttura chiusa dei quadri isolati in gas riduce al minimo l'influenza di polvere, umidità e altri agenti inquinanti sulle prestazioni del dispositivo.

Svantaggi dei quadri isolati in gas

Sebbene i GIS presentino molti vantaggi, vi sono ancora alcuni svantaggi associati a questa tecnologia. 

• Costo più elevato: Il costo iniziale dei quadri isolati in gas è superiore a quello dei quadri isolati in aria. Ciò può essere attribuito al costo del gas SF6 e alla complessità della progettazione.
• Gestione del gas SF6: L'SF6 è un gas GHF molto potente e anche una piccola perdita o una cattiva gestione possono avere conseguenze devastanti per l'ambiente; per questo motivo, è necessario prestare la dovuta attenzione e adottare strategie di mitigazione.
• Installazione complessa: La creazione di un GIS richiede competenze e attrezzature specifiche che possono aumentare i costi e i tempi complessivi del progetto.

Applicazioni dei quadri isolati in gas

Il GIS è estremamente versatile e il suo utilizzo copre un ampio spettro di applicazioni, tra cui: Sottostazioni urbane - Il design compatto del GIS lo rende molto adatto all'uso nelle sottostazioni urbane dove lo spazio è un problema.

• Strutture industriali: I GIS sono generalmente utilizzati nell'industria, dove l'affidabilità e la bassa manutenzione sono le principali preoccupazioni.
• Sottostazioni sotterranee: Il fatto che i quadri isolati in gas abbiano un design sigillato li rende adatti alle installazioni sotterranee, dove i fattori ambientali possono essere più difficili.
• Aree ad alto inquinamento: Il GIS si comporta meglio nelle aree ad alto inquinamento, ad esempio in riva al mare o nelle industrie dove i quadri elettrici isolati in aria potrebbero essere contaminati.

Conclusione

La richiesta di infrastrutture elettriche efficaci, affidabili e compatte non potrà che aumentare con la crescita delle nostre città e l'incremento della domanda di elettricità. Il quadro elettrico con isolamento in gas è adatto a tutte queste sfide. Il suo design compatto, l'elevata affidabilità e i bassi requisiti di manutenzione rendono questa tecnologia parte integrante dei moderni sistemi di alimentazione.

La crescente sostenibilità, tuttavia, deve essere accompagnata dalla gestione delle emissioni di SF6 e dalla ricerca di gas isolanti alternativi che contribuiscano a ridurre l'impronta ecologica. Negli anni a venire, con il progredire della tecnologia, assisteremo a ulteriori innovazioni nel GIS, rendendolo uno strumento ancora più indispensabile nell'arsenale dell'ingegnere elettrico.

Che si tratti di progettazione, installazione o gestione di impianti elettrici, la conoscenza del GIS e del suo ruolo nella moderna distribuzione di energia è molto importante. Mentre ci avviamo verso un mondo sempre più connesso ed elettrificato, i quadri isolati in gas saranno senza dubbio una delle pietre miliari della nostra infrastruttura elettrica.

Il documento si propone di fornire una panoramica sui quadri isolati in gas: la loro importanza, le loro funzionalità, le aree di applicazione, i vantaggi e le sfide. Per favore Non esitate a porre qualsiasi domanda su aspetti che desiderate approfondire.