I gas isolanti – non solo SF6 puro ma anche miscele di SF6, N2, g3 e altri – proteggono i quadri elettrici dai guasti. WIKA è leader nelle soluzioni di telerilevamento che aiutano le aziende di trasmissione e distribuzione di energia a monitorare la qualità e la quantità di questi gas.

I quadri elettrici a media e alta tensione possono essere isolati con diversi mezzi: olio, aria secca e altri gas come l’esafluoruro di zolfo (SF6) e nuove miscele. L’isolante tradizionale e più efficace è l’SF6, ma il suo utilizzo comporta diversi rischi, soprattutto perché questo composto fluorurato sintetico ha un potenziale di riscaldamento globale (GWP, Global wariming potential) di circa 24.000, il più alto tra i gas conosciuti. (A titolo di riferimento, l’anidride carbonica ha un GWP di 1).

Le aziende di trasmissione e distribuzione dell’energia (PT&D) che utilizzano l’SF6 devono monitorare la densità per individuare le perdite e analizzare periodicamente il gas per rilevare la presenza di contaminanti. Tuttavia, anche se molte aziende si affidano ancora a questo gas per isolare i quadri elettrici, si rendono conto del suo ruolo nel cambiamento climatico e stanno studiando alternative all’SF6.

I motivi dei guasti nei quadri isolati in gas

La maggior parte delle centrali elettriche e delle sottostazioni utilizza aria o un gas per isolare i propri quadri elettrici. Sebbene l’aria sia abbondante, non tossica e con un GWP pari a 0, non è altrettanto efficace nell’estinguere gli archi elettrici. Di conseguenza, gli scomparti dei quadri isolati in aria (AIS) devono essere circa tre volte più grandi di quelli dei quadri isolati in gas (GIS).

Sia gli AIS che i GIS sono soggetti a problemi che ne riducono l’efficacia e portano a guasti del quadro.

Isolamento dell’aria:

  • Sporco e polvere
  • Resistenza di contatto
  • Sovraccarico

Isolamento dal gas:

  • Perdite di gas
  • Umidità, una potente impurità per i quadri isolati con SF6
  • Prodotti di decomposizione, molti dei quali sono tossici e corrodono il GIS.

Il monitoraggio delle condizioni dell’isolatore è un passo fondamentale per prevenire situazioni potenzialmente pericolose. Gli operatori AIS devono monitorare lo stato di scarica parziale dell’aria, la temperatura e l’umidità. Per il GIS, è importante monitorare la pressione, la temperatura, la densità e l’umidità del gas.

I quadri elettrici hanno una durata tipica di 20-50 anni e i guasti legati al gas aumentano notevolmente dopo 15-25 anni dall’installazione. Pertanto, il monitoraggio è particolarmente importante nella seconda metà del ciclo di vita dell’apparecchiatura.

Manutenzione reattiva e proattiva dei quadri isolati con gas

Esistono due approcci per monitorare le condizioni dei GIS.

Approccio reattivo

Manutenzione reattiva e proattiva del GIS (fare clic per ingrandire)

In questo approccio, uno strumento meccanico, come un contatto di commutazione, fa scattare un allarme quando la densità del gas scende a un certo livello. In altre situazioni, i tecnici leggono manualmente il rilevatore di densità del gas secondo un programma prestabilito. I tecnici adottano quindi le azioni correttive necessarie, come ad esempio:

  • Mettere fuori uso l’apparecchiatura per pulire e/o sostituire il gas con un manipolatore di gas.
  • Disidratare il gas mentre il commutatore è in funzione
  • Riparare una perdita e riempire nuovamente il vano del gas.

Gli strumenti meccanici hanno un’accuratezza dell’1-2,5% dell’intervallo.

Per l’umidità, i tecnici possono analizzare manualmente il gas periodicamente (ogni 1-6 anni) con uno strumento di prova portatile.

Approccio proattivo

Sia gli strumenti analogici (4…20 mA) che quelli digitali offrono un sistema di allarme tempestivo con funzionalità remote.

  • Gli strumenti analogici monitorano continuamente la densità del gas nel GIS e trasmettono i dati a una sala di controllo o a un’altra postazione centrale. Gli strumenti analogici hanno un’accuratezza dell’1,5-2,3% dell’intervallo per la pressione compensata.

  • Gli strumenti digitali monitorano continuamente non solo la densità del gas, ma anche i parametri di pressione, temperatura, livello di umidità, ecc. In questo modo si ottiene un quadro più completo delle condizioni del gas isolante. Gli strumenti digitali hanno un’accuratezza dello 0,6-0,8% dell’intervallo.

Maggiore è il numero di parametri che un sensore è in grado di rilevare e trasmettere in tempo reale, migliore sarà la capacità degli operatori di reagire ai cambiamenti delle condizioni del gas isolante e di prendere provvedimenti per evitare problemi di sicurezza. Oltre alle capacità di monitoraggio remoto, i sensori analogici e digitali consentono anche la previsione delle condizioni del gas e la manutenzione predittiva.

Previsione delle condizioni del gas: un modo migliore per proteggere le risorse

Le misurazioni grezze della densità del gas possono fornire un’immagine falsa o fuorviante delle prestazioni di un asset, portando a valutazioni errate come una manutenzione non necessaria o insufficiente. Anche le variazioni della temperatura e dell’umidità ambientale, che variano costantemente, sono difficili da rilevare quando le misurazioni vengono effettuate sporadicamente o periodicamente.

Con il monitoraggio continuo, gli operatori ottengono non solo un quadro più fedele delle condizioni attuali del gas, ma anche della sua evoluzione. Possono utilizzare i dati per ottenere una comprensione più approfondita sulla base dei dati storici, per poi utilizzare queste conoscenze per la manutenzione predittiva e altre azioni successive. Inoltre, se si utilizzano sensori intelligenti, lo strumento compensa automaticamente le condizioni ambientali per ottenere una densità del gas accurata.

Qualità dei dati nella previsione delle condizioni del gas

Le condizioni ambientali (temperatura e umidità) e le anomalie degli eventi hanno un impatto notevole sulla precisione delle previsioni. In questa figura, vediamo che un forte impatto ambientale, combinato con un’anomalia all’inizio della raccolta dei dati, rende la previsione molto incerta e imprecisa. La stessa condizione ambientale, ma senza l’anomalia, produce risultati più precisi. Un piccolo impatto ambientale produce la previsione più precisa.

Ad aumentare la complessità, l’umidità ha una complicata correlazione con la temperatura. La condizione di umidità di un asset può essere valutata in modo errato se si prendono in considerazione solo le misure grezze. Inoltre, ogni comparto ha una propria correlazione unica tra umidità e temperatura. Questa correlazione può essere estratta dai dati storici e compensata. In questo modo, è possibile prevedere con precisione una densità di gas compensata in base alla temperatura.

Poiché la qualità dei dati e la compensazione della temperatura hanno un impatto significativo sulla precisione di una previsione, è necessario utilizzare sensori intelligenti con un’elevata accuratezza e coerenza e lavorare con un fornitore che sappia come preelaborare, gestire e interpretare i dati.

Sensori intelligenti per il monitoraggio a distanza dei gas isolanti

Densità di diversi gas isolanti (fare clic per ingrandire)

Più informazioni hanno gli operatori sui mezzi isolanti delle loro apparecchiature, meglio possono prevenire guasti e condizioni pericolose. WIKA offre sensori basati su temperatura e pressione che, con la giusta configurazione, si adattano facilmente al calcolo della densità di corrente di diversi gas.

WEgrid, una società interamente controllata da WIKA, offre una gamma di sensori intelligenti che prevedono le condizioni di tutti i tipi di gas isolanti, tra cui:

  • SF6
  • N2
  • miscela SF6/N2
  • CO2
  • O2
  • CF4 (tetrafluorometano)
  • Elio
  • Argon
  • Aria
  • g3, un gas di sintesi con Novec 4710 di 3M

Sensore della densità del gas GD-20

Indipendentemente dall’apparecchiatura o dal mezzo isolante, i nostri sensori di densità dei gas possono essere configurati per quella particolare applicazione.

WIKA offre diversi trasmettitori per un monitoraggio affidabile dell’SF6 e di gas isolanti alternativi. Uno di questi è il GD-20. La versione analogica si concentra sulla densità del gas, trasmettendo una lettura della pressione compensata in temperatura tramite un segnale di uscita da 4…20 mA. La versione digitale dispone di un’interfaccia RS-485 che comunica con il protocollo MODBUS® RTU e fornisce dati di pressione e temperatura oltre alla densità del gas.

Il GDHT-20 è un altro trasmettitore di alta qualità, in grado di fare tutto ciò che fa la versione digitale del GD-20, con l’aggiunta della misurazione del contenuto di umidità del gas isolante. Questo parametro aggiuntivo consente il monitoraggio secondo le direttive CIGRE per i sistemi di potenza e gli standard IEC.

WIKA è specializzata in soluzioni per SF6 e gas alternativi

Mentre l’SF6 rimarrà il principale gas isolante nel prossimo futuro, si prospettano alternative meno dannose e altre tecnologie rispettose del clima. I governi fanno parte di questa spinta.

  • Nel 2022, la Commissione Europea ha proposto di bandire i gas fluorurati ad effetto serra dai nuovi quadri di media tensione entro il 2026 e dai quadri di alta tensione entro il 2031.
  • Circa una dozzina di stati americani hanno avviato iniziative e regolamenti per eliminare gradualmente i GIS contenenti SF6.

WIKA è leader mondiale nella produzione di strumenti e apparecchiature per l’analisi e il monitoraggio di gas isolanti tradizionali e alternativi. Offriamo anche una pianificazione completa del progetto per le aziende PT&D, dall’ingegneria e l’installazione delle apparecchiature alla gestione e all’analisi dei dati tramite il nostro software proprietario. Contattateci per avere maggiori informazioni su come possiamo aiutare il vostro impianto a operare in modo più sicuro e sostenibile.

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“Trasmettitori per la misura dell’umidità del gas SF6“

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