Monitoraggio della densità di gas di gas isolanti alternativi in quadri elettrici senza SF6
I gas isolanti alternativi, o gas alternativi in breve, stanno sostituendo l'esafluoruro di zolfo (SF6), che è stato comunemente utilizzato nei quadri elettrici isolati in gas per molti anni, perché l'SF6 è considerato un potente gas serra. La gamma di prodotti Trafag per il monitoraggio della densità dei gas nei quadri elettrici ad alta tensione offre la piena compatibilità con i gas isolanti alternativi più ecologici
I quadri elettrici isolati in gas sono utilizzati nelle reti ad alta e media tensione. Sebbene le proprietà fisiche dell'SF6, il gas isolante oggi comunemente utilizzato, lo rendano molto adatto all'uso nei quadri isolati in gas, è anche un potente gas a effetto serra, con un potenziale di riscaldamento globale (GWP) di 22.800. Il GWP esprime quanto sia maggiore la quantità di gas nei quadri isolati in gas. Il GWP esprime quanto un gas contribuisce al riscaldamento globale rispetto alla CO2. Nel caso dell'SF6, ciò significa che 1 chilogrammo di SF6 contribuisce al riscaldamento globale quanto 22,8 tonnellate di CO2. Per questo motivo, l'uso dell'SF6 è già oggi fortemente limitato e sarà ampiamente vietato per l'uso nei quadri elettrici ad alta tensione a partire dal 2030 circa, in base al Regolamento sui gas fluorurati nell'UE. L'SF6 viene sempre più sostituito da gas isolanti alternativi più ecologici.I gas alternativi possono essere suddivisi in due gruppi principali: Gas isolanti a base di C4FN, come EconiQ o g3 , e miscele a base di aria (aria tecnica), come CleanAir*. I gas di entrambi i gruppi sono più leggeri dell'SF6 e hanno una capacità isolante inferiore a parità di pressione. I compartimenti dei quadri elettrici isolati in gas vengono quindi riempiti con una pressione significativamente maggiore per ottenere le stesse proprietà isolanti.
Come vengono monitorati i gas isolanti alternativi nei quadri elettrici?
Come per l'esafluoruro di zolfo, anche i gas isolanti alternativi vengono riempiti nel compartimento sigillato del quadro elettrico con una quantità di gas adeguata alle proprietà isolanti richieste. La pressione a 20 °C viene solitamente utilizzata come riferimento. Mentre la quantità di gas nel compartimento sigillato rimane la stessa, la pressione cambia in modo significativo se la temperatura cambia, ad esempio nel corso della giornata o delle stagioni. Per questo motivo, per i gas isolanti alternativi viene monitorata la densità, ossia la quantità costante di gas nel volume, e non la pressione. Per le stesse proprietà isolanti, tuttavia, i gas alternativi richiedono una pressione maggiore rispetto all'SF6. Anche il loro comportamento alla temperatura, espresso in isocore (cambiamento di stato a volume costante), differisce da quello dell'SF6. I monitor di densità dei gas devono quindi essere progettati appositamente per le pressioni più elevate e le proprietà individuali dei gas. Poiché la densità dei gas alternativi con le stesse proprietà isolanti è massicciamente inferiore a quella dell'SF6, anche i sensori elettronici di densità dei gas devono essere progettati appositamente per quanto riguarda il campo di misurazione.
Quali sono le differenze tra i misuratori di densità dei gas per i gas alternativi e per l'SF6?
Il collaudato principio di misurazione della camera di riferimento dei monitor di densità dei gas Trafag viene utilizzato in modo invariato per i gas alternativi. A causa delle pressioni più elevate richieste per i gas alternativi, l'intero sistema di misurazione è stato ora qualificato per un intervallo di misurazione fino a 13 bar (pressione assoluta). La differenza principale rispetto ai misuratori di densità del gas per l'SF6 è il riempimento della camera di riferimento. Questa viene riempita con una miscela di gas che rappresenta il gradiente isocorico del gas alternativo, cioè il gradiente della linea dello stesso volume specifico (cioè la densità) nel diagramma pressione-temperatura. I punti di commutazione e la scala del display sono adattati ai valori effettivi del gas alternativo.
In che modo i sensori di densità di gas per i gas isolanti alternativi differiscono dai sensori di densità di gas per l'SF6?
Oltre ad essere adatto alle pressioni più elevate, il sistema di sensori deve essere calibrato anche per la minore densità dei gas. Il principio di misurazione unico dei sensori di densità di gas Trafag, che misura la densità direttamente - senza passare per la pressione e la temperatura - è adatto a misurare la densità di tutti i tipi di gas. Per poter misurare con precisione le densità più basse, la risoluzione dell'elettronica di valutazione è stata aumentata. A medio termine, anche i gas più pesanti come l'SF6 beneficeranno della maggiore precisione. Per ogni miscela di gas, i parametri necessari per la linearizzazione precisa del segnale di uscita (e per la conversione in pressione a 20 °C, nel caso dei sensori digitali RS485 Modbus), devono essere determinati una volta dalla misurazione. Questi parametri vengono caricati nel chip interno durante la produzione dei sensori di densità, prima della calibrazione.
Le valvole integrate di test, servizio e riempimento possono essere utilizzate anche con gas isolanti alternativi?
Le valvole integrate brevettate, direttamente nel monitor di densità del gas, per il controllo periodico dei punti di commutazione, per il campionamento del gas per l'analisi off-line e per il riempimento o la ricarica del serbatoio del gas isolante, sono adatte anche al funzionamento con gas alternativi. Le valvole sono state progettate per resistere alle pressioni più elevate dei gas isolanti alternativi durante lo sviluppo. I materiali di tenuta sono adatti all'uso con i gas isolanti alternativi oggi comunemente utilizzati. I coperchi delle valvole integrate nei misuratori di densità dei gas Trafag sono contrassegnati dai colori abituali: Verde per i gas isolanti alternativi a base di C4FN, blu per le miscele di aria e arancione per l'SF6.
I campi di misura per i gas isolanti alternativi si integrano perfettamente nella gamma Trafag esistente e futura di misuratori di densità di gas, sensori di densità di gas e monitor ibridi di densità di gas (monitor e sensori di densità di gas combinati). Ciò significa che i nuovi sistemi possono essere progettati direttamente per i gas alternativi e che i sistemi esistenti possono essere retrofittati con gas isolantiprividi SF6 come parte di una ristrutturazione, con un minimo sforzo di adattamento e formazione. Utilizzando una tecnologia collaudata da molti anni, i sistemi ecologici del futuro possono essere monitorati in modo affidabile per garantire un funzionamento sicuro e senza problemi.
*EconiQ è un marchio di Hitachi Energy
g3 è un marchio di General Electric Company
CleanAir (Aria Pulita) è un termine utilizzato da Siemens Energy
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Informazioni sull'autore
Andreas Koch
Head of Marketing and Product Management
Dipl. Ing. FH (Ingegneria meccanica), EMBA
In Trafag dal 2011
