Contrôle de la densité des gaz isolants alternatifs dans les disjoncteurs sans SF6
Les gaz isolants alternatifs remplacent l'hexafluorure de soufre (SF6), couramment utilisé dans les disjoncteurs depuis de nombreuses années, le SF6 est considéré comme un puissant gaz à effet de serre. La gamme de produits Trafag pour la surveillance de la densité des gaz dans les disjoncteurs à haute tension offre une compatibilité totale avec les gaz isolants alternatifs plus respectueux de l'environnement.
Les disjoncteurs isolés au gaz sont utilisés dans les réseaux à haute et moyenne tension. Bien que les propriétés physiques du SF6, le gaz isolant couramment utilisé aujourd'hui, le rendent tout à fait adapté à une utilisation dans les appareillages de commutation, il s'agit également d'un puissant gaz à effet de serre dont le potentiel de réchauffement planétaire (PRP) s'élève à 22 800. Le PRP indique dans quelle mesure un gaz contribue au réchauffement de la planète par rapport au CO2. Dans le cas du SF6, cela signifie qu'un kilogramme de SF6 contribue autant au réchauffement de la planète que 22,8 tonnes de CO2. C'est pourquoi l'utilisation du SF6 est déjà fortement limitée aujourd'hui et sera également largement interdite dans les disjoncteurs à haute tension à partir de 2030 environ, en vertu de la règlementation sur les gaz fluorés dans l'Union Européenne. Le SF6 est de plus en plus remplacé par des gaz isolants alternatifs plus respectueux de l'environnement. Les gaz alternatifs peuvent être divisés en deux groupes principaux : Les gaz isolants à base de C4FN tels que EconiQ ou g3 et les mélanges à base d'air (air technique) tels que CleanAir*. Les gaz des deux groupes sont plus légers que le SF6 et ont un pouvoir isolant plus faible à pression égale. Les compartiments des disjoncteurs isolés au gaz sont donc remplis à une pression nettement plus élevée afin d'obtenir les mêmes propriétés isolantes.
Comment les gaz isolants alternatifs sont-ils contrôlés dans les disjoncteurs?
Comme pour l'hexafluorure de soufre, les gaz isolants alternatifs sont également introduits dans le compartiment scellé du disjoncteur avec une quantité de gaz adaptée aux propriétés isolantes requises. La pression à 20°C est généralement utilisée comme référence. Alors que la quantité de gaz dans le compartiment scellé reste la même, la pression varie considérablement si la température évolue, par exemple au cours de la journée ou au fil des saisons. Pour cette raison que la densité des gaz isolants alternatifs sont contrôlés, et non la pression. Cependant, pour les mêmes propriétés isolantes, les gaz alternatifs nécessitent une pression plus élevée que le SF6. Leur comportement en température, exprimé en isochores (changement d'état à volume constant), diffère également de celui du SF6. Les contrôleurs de densité des gaz doivent donc être spécialement conçus pour les pressions plus élevées et avec les propriétés individuelles des gaz. Comme la densité des autres gaz ayant les mêmes propriétés isolantes est nettement inférieure à celle du SF6, les capteurs électroniques de densité des gaz doivent également être spécialement conçus en fonction de la plage de mesure.
Quelles sont les différences entre les densimètres pour gaz alternatifs et pour SF6?
Le principe de mesure éprouvé de la chambre de référence des densimètres Trafag est utilisé sans modification pour les gaz alternatifs. En raison des pressions plus élevées requises pour les gaz alternatifs, l'ensemble du système de mesure a été qualifié pour une plage de mesure allant jusqu'à 13bars (pression absolue). La principale différence avec les densimètres pour SF6 réside dans le remplissage de la chambre de référence. Celle-ci est remplie d'un mélange de gaz qui représente le gradient isochorique du gaz alternatif, c'est-à-dire le gradient de la ligne du même volume spécifique (c'est-à-dire de la densité) dans le diagramme pression-température. Les points de commutation et l'échelle de l'affichage sont adaptés aux valeurs effectives du gaz alternatif.
En quoi les capteurs de densité de gaz pour les gaz isolants alternatifs diffèrent-ils des capteurs de densité de gaz pour le SF6?
En plus d'être adapté aux pressions plus élevées, les capteurs doivent également être calibré pour la densité la plus faible. Le principe de mesure unique des capteurs de densité de gaz Trafag, mesure la densité directement - s'affranchissant de la pression et de la température - ils conviennent à la mesure de densité pour tous les types de gaz. Afin de pouvoir mesurer avec précision des densités plus faibles, la sensibilité de l'électronique a été augmentée. À moyen terme, les gaz plus lourds tels que le SF6 bénéficieront également d'une électronique plus sensible. Pour chaque mélange de gaz, les paramètres nécessaires à la parfaite linéarisation du signal la sortie (et à la conversion en pression à 20°C, dans le cas des capteurs numériques RS485 Modbus) doivent être déterminés une fois pour toute. Ces paramètres sont téléchargés dans la puce interne lors de la fabrication des capteurs de densité avant l'étalonnage.
Les vannes intégrées, de tests, d'entretien et de remplissage peuvent elles également être utilisées avec d'autres gaz isolants ?
Les vannes brevetées intégrées directement dans le moniteur de densité de gaz pour le contrôle périodique des points de commutation, pour l'échantillonnage de gaz en vue d'une analyse hors ligne et pour le remplissage ou la recharge du réservoir de gaz isolant sont également adaptées au fonctionnement avec des gaz alternatifs. Les vannes ont été conçues pour résister aux pressions plus élevées des gaz isolants alternatifs. Les matériaux d'étanchéité sont adaptés aux gaz isolants alternatifs couramment utilisés aujourd'hui. Les capuchons des vannes intégrées des contrôleurs de densité de gaz Trafag sont marqués dans les couleurs habituelles: Vert pour les gaz isolants alternatifs à base de C4FN, bleu pour les mélanges d'air et orange pour le SF6.
Les gammes de mesure pour les gaz isolants alternatifs s'intègrent parfaitement dans la gamme Trafag existante et future de densistats, de capteurs de densité de gaz et de densimètres hybrides (combinant densistats et capteurs de densité de gaz). Cela signifie que les nouveaux systèmes peuvent être conçus directement pour les gaz alternatifs et que les systèmes existants peuvent être équipés de gaz isolants sans SF6 dans le cadre d'une remise à neuf avec un minimum d'efforts d'adaptation et de formation. Grâce à une technologie éprouvée depuis de nombreuses années, les systèmes respectueux de l'environnement de demain peuvent être surveillés de manière fiable afin de garantir un fonctionnement sûr et sans problème.
* EconiQ est une marque déposée de Hitachi Energy
g3 est une marque déposée de General Electric Company
CleanAir (Air pur) est un terme utilisé par Siemens Energy
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A propos de l'auteur
Andreas Koch
Head of Marketing and Product Management
Dipl. Ing. FH (Mechanical Engineering), EMBA
Chez Trafag depuis 2011
