Apparecchiature per interruttori ad alta tensione: le ultime tecnologie per la modernizzazione della rete elettrica

Apparecchiature per interruttori ad alta tensione prive di SF6: alternative sostenibili che favoriscono la conformità normativa

Fattori normativi e ambientali alla base della progressiva eliminazione del SF6

Le normative in tutto il mondo stanno spingendo le aziende ad abbandonare l’uso dell’esafluoruro di zolfo (SF6) nei loro sistemi elettrici, poiché questo gas è estremamente dannoso per il pianeta. Stiamo parlando di una sostanza che riscalda l’atmosfera 23.500 volte di più rispetto all’anidride carbonica ordinaria. L’Unione Europea ha recentemente aggiornato le proprie regole sui gas fluorurati (F-Gas) e prevede che tutti i nuovi impianti ad alta tensione cessino completamente l’uso dell’SF6 entro il 2030. E indovinate un po’? Oltre quindici altri paesi stanno elaborando normative analoghe. Questa spinta regolamentare si allinea alle dichiarazioni di molte aziende sul proprio impegno per la sostenibilità ambientale. Circa otto utility su dieci stanno già valutando alternative all’SF6 per evitare sanzioni economiche molto elevate in caso di infrazione (secondo una ricerca dell’Istituto Ponemon dello scorso anno, alcune sanzioni potrebbero raggiungere i 740.000 dollari per singolo incidente). Basta pensare, dal punto di vista ambientale, che una sola tonnellata di SF6 dispersa nell’atmosfera genera un’inquinamento equivalente a quello prodotto da cinquanta autovetture nell’arco di un intero anno. Ciò rende assolutamente fondamentale individuare soluzioni ecocompatibili per gli apparecchi di comando e protezione per chiunque gestisca reti elettriche e voglia realmente ridurre il proprio impatto sul cambiamento climatico.

Tecnologie dielettriche a isolamento solido e ad aria pulita negli apparecchi di interruzione ad alta tensione moderni

Due tecnologie consolidate e commercialmente disponibili eliminano l'SF6 senza compromettere le prestazioni:

Nei sistemi isolati solidi, i conduttori sono completamente avvolti in un materiale polimerico colato sotto vuoto. Questa progettazione elimina qualsiasi rischio di perdite di gas e consente di gestire correnti di cortocircuito superiori a 40 chiloampere. Per le alternative ad aria pulita, i produttori miscelano i normali gas atmosferici con sostanze denominate fluorochetoni. Queste miscele conferiscono elevate proprietà isolanti necessarie per applicazioni ad altissima tensione, consentendo al dispositivo di funzionare in modo affidabile anche a tensioni fino a 420 kV. Quando le aziende passano a questi sistemi ad aria pulita invece di quelli tradizionali basati sul gas SF6, riducono tipicamente le emissioni di anidride carbonica equivalente di circa 200 tonnellate all’anno. Anche i benefici economici sono significativi, poiché entrambi gli approcci riducono le spese di manutenzione durante l’intero ciclo di vita di circa il 30%. Ciò avviene perché non è più necessario eseguire complesse operazioni di gestione del gas, come controlli continui delle perdite o recupero del gas SF6 esausto, risparmiando così tempo e denaro nel lungo periodo.

Implementazione nel mondo reale nelle reti urbane europee

In tutta Europa, le principali città stanno mettendo alla prova gli apparecchi di interruzione privi di SF6 in contesti reali caratterizzati da spazi ristretti e requisiti elevati. Prendiamo ad esempio Londra: la città ha implementato la tecnologia Blue GIS, che combina fluorochetone con aria per alimentare le sottostazioni essenziali della sua rete a 132 kV nel distretto finanziario. Che cosa rende interessante questa soluzione? È stato possibile eliminare completamente le emissioni di SF6 senza alcuna interruzione del servizio. Intanto, a Berlino, le autorità locali hanno installato sistemi AirPlus conformi alle rigorose normative tedesche TA Luft. Queste configurazioni non solo rispettano gli standard ambientali, ma riducono anche di quasi la metà lo spazio necessario per le sottostazioni. Entrambi i progetti gestiscono densità di carico impressionanti, superiori a 500 MW per chilometro quadrato. Guardando al quadro complessivo, gli operatori stimano un risparmio totale di circa 1,2 milioni di dollari statunitensi nel corso di 20 anni, calcolato soltanto su questi siti. Tale cifra deriva da diversi fattori, tra cui l’evitare sanzioni legate all’imposta sul carbonio, una riduzione delle spese per la manutenzione e un maggiore utilizzo degli impianti prima che sia necessaria la loro sostituzione.

Apparecchiature di commutazione ad alta tensione digitalizzate: abilitazione della manutenzione predittiva e della resilienza della rete

Il costo dei guasti: come le interruzioni non programmate accelerano l'adozione digitale

Il costo medio delle interruzioni non programmate per le aziende di servizi pubblici si attesta intorno ai 740.000 dollari ogni volta, secondo il rapporto dell’Istituto Ponemon dell’anno scorso. Tale cifra comprende tutti gli aspetti, dalla riparazione dei componenti guasti al pagamento di penali, all’indennizzo dei clienti che hanno subito interruzioni di fornitura e alla perdita di ricavi derivante dalle interruzioni del servizio. L’obsolescenza delle apparecchiature continua a essere una delle principali cause di questi guasti a catena, che si verificano in diversi settori industriali, mettendo a rischio sia le operazioni aziendali sia la sicurezza della comunità. Per questo motivo, molte aziende non si limitano più a valutare le tecnologie predittive: vi investono in misura significativa. Tali sistemi possono ridurre le spese di manutenzione di circa il 25–30% rispetto agli approcci tradizionali, basati sull’intervento successivo al verificarsi di un guasto. Inoltre, in alcuni casi contribuiscono a ridurre quasi della metà le fermate impreviste. A livello settoriale, si è registrata una netta tendenza all’installazione di interruttori intelligenti dotati di sensori in grado di raccogliere dati in tempo reale. Ciò contribuisce a garantire la stabilità della rete, soddisfacendo nel contempo requisiti sempre più stringenti, imposti dagli enti regolatori, in termini di resilienza del sistema.

Sensori IoT, analisi edge e gemelli digitali nei sistemi di interruttori ad alta tensione

Gli attuali quadri elettrici ad alta tensione sono dotati di sensori IoT che monitorano una serie di parametri, tra cui le variazioni di temperatura, gli eventi di scarica parziale, i punti di usura meccanica e persino i livelli di densità del gas nei sistemi che non utilizzano l’SF6. Queste analisi edge elaborano i dati direttamente sullo stesso equipaggiamento, il che consente di rilevare anomalie quasi istantaneamente e di prendere decisioni di intervento in tempo reale, senza dover attendere il più lento processamento nel cloud. Anche i gemelli digitali rappresentano un vero e proprio punto di svolta in questo contesto: essi creano copie virtuali degli effettivi impianti sulla base di principi fisici reali. Gli operatori della manutenzione possono eseguire simulazioni per visualizzare, ad esempio, come si accumula il calore, dove potrebbero propagarsi i guasti o come vengono ridistribuiti i carichi all’interno del sistema, molto prima che qualsiasi componente entri in servizio. Successivamente, adeguano i propri piani di manutenzione in base alle previsioni fornite da questi modelli riguardo all’usura progressiva dei componenti nel tempo. Il risultato? Negli scenari più comuni, la vita utile degli equipaggiamenti aumenta di circa il 40%, i guasti vengono eliminati con una velocità superiore di circa il 40% rispetto ai metodi tradizionali e le reti diventano molto più resilienti sia nei confronti dei danni fisici sia degli attacchi informatici.

Apparecchiatura di commutazione compatta isolata in gas (GIS) per reti urbane e tecnologie di potenziamento della rete

Tendenze nell'adozione di GIS a risparmio di spazio nelle città con limitazioni di superficie disponibile

La GIS come abilitatore della valutazione dinamica della capacità di trasmissione delle linee e di schemi di protezione adattivi

Le piattaforme GIS odierne fanno molto di più che gestire semplicemente lo spazio in modo efficiente: costituiscono effettivamente la base per le tecnologie di potenziamento della rete, note come GET (Grid Enhancement Technologies). Questi sistemi sono dotati di compartimenti stagni pronti per l’installazione di sensori, rendendo agevole il montaggio di quei piccoli dispositivi IoT che raccolgono dati operativi dettagliati necessari per i sistemi di valutazione dinamica della capacità di linea (DLR). Quando questi sistemi DLR combinano le temperature real-time dei conduttori con le attuali condizioni meteorologiche e la velocità del vento, possono incrementare la capacità di trasmissione del 15% fino anche al 30%, senza richiedere nuovi diritti di utilizzo del suolo né ulteriore apparecchiatura. Un altro importante vantaggio è il supporto offerto dai sistemi GIS ai meccanismi intelligenti di protezione. I relè si adattano automaticamente alle variazioni nella configurazione della rete, ad esempio quando vengono riconfigurati i circuiti di alimentazione o quando compaiono inaspettatamente isole di generazione distribuita (DER). Ciò riduce in misura significativa i tempi di eliminazione dei guasti rispetto ai vecchi sistemi statici, probabilmente del 40%, più o meno a seconda delle circostanze. Quello che osserviamo in questo contesto è una trasformazione dei sistemi GIS: da semplice contenitore di apparecchiature a vero e proprio motore operativo, in grado di contribuire alla stabilità della rete e di agevolare l’integrazione armoniosa delle fonti di energia rinnovabile.

Domande Frequenti

Perché l'SF6 sta venendo eliminato progressivamente dai sistemi elettrici?

L'SF6 sta venendo eliminato progressivamente a causa del suo elevatissimo potenziale di riscaldamento globale, pari a 23.500 volte quello dell'anidride carbonica. Normative sempre più stringenti spingono verso alternative più sostenibili per prevenire danni ambientali.

Quali tecnologie stanno sostituendo l'SF6 negli apparecchi di interruzione ad alta tensione?

Due tecnologie chiave che stanno sostituendo l'SF6 sono i sistemi con isolamento solido e i sistemi dielettrici a 'aria pulita', entrambi caratterizzati da un impatto ambientale significativamente inferiore.

In che modo i sistemi di manutenzione predittiva giovano alle aziende di servizi pubblici?

I sistemi di manutenzione predittiva riducono i costi di manutenzione del 25–30% e contribuiscono ad evitare fermi imprevisti, migliorando così l'affidabilità della rete e l'efficienza operativa.

Qual è il ruolo dei sistemi GIS nelle moderne reti elettriche?

I sistemi GIS consentono una gestione efficiente dello spazio, supportano la valutazione dinamica della capacità di trasporto delle linee e abilitano schemi intelligenti di protezione, migliorando la stabilità e l'adattabilità della rete, in particolare in contesti urbani.