Introduction

Dans le cadre de la construction d'un réseau électrique, le choix de l'appareillage de connexion a non seulement une incidence sur la sécurité et la fiabilité de l'alimentation électrique, mais aussi un impact direct sur l'investissement dans le projet, l'utilisation du terrain et la maintenance après la construction. Appareils de commutation isolés dans l'air (AIS) et Appareils de commutation isolés au gaz (GIS) sont les deux solutions les plus courantes actuellement disponibles, chacune ayant ses propres avantages et limites. Pour faire un choix raisonnable en fonction des conditions spatiales, des objectifs budgétaires et des exigences environnementales, il est essentiel de comprendre d'abord leurs caractéristiques et les scénarios applicables. Cet article propose une comparaison détaillée des différences entre les SIA et les SIG, afin de vous guider dans la prise de décision concernant votre projet.

Qu'est-ce que l'AIS ?

AIS (Appareils de commutation isolés à l'air) utilise l'air ambiant et des isolants comme moyen d'isolation, avec des barres omnibus exposées. Il convient aux zones moins confinées et offre des options rentables pour les systèmes de moyenne tension.

Avantages de l'AIS

1. Coût initial moins élevé: Plus abordable que les SIG, pas besoin de SF₆
2. Structure simple: Une technologie éprouvée et fiable avec une conception simple.
3. Entretien facile: Pièces accessibles pour des inspections et des réparations fréquentes.
4. Évolutivité: La conception modulaire permet une extension future facile.
5. Respect de l'environnement: Pas d'émissions de gaz à effet de serre (pas de SF₆).
6. Bonne dissipation de la chaleur: L'agencement ouvert permet une meilleure gestion de la chaleur.

Inconvénients de l'AIS

1. Grande empreinte: Nécessite une surface importante, inefficace dans les zones urbaines.
2. Sensibilité environnementale: Vulnérable à la pollution, aux conditions météorologiques et aux animaux.
3. Entretien fréquent: Nécessite un nettoyage et des inspections régulières.
4. Fiabilité réduite: Plus exposés à la contamination et aux courts-circuits dans les environnements difficiles.
5. Risques pour la sécurité: Les composants exposés présentent un risque accru d'électrocution.
6. Pollution sonore: Les opérations de commutation créent un bruit important.

Tableau des avantages et des inconvénients du SIA

Qu'est-ce qu'un SIG ?

GIS (appareillage de commutation à isolation gazeuse) utilise le gaz SF₆ dans des boîtiers métalliques étanches pour isoler les composants sous tension, ce qui le rend adapté aux environnements à haute tension et à espace restreint.

Avantages des SIG

1. Conception compacte: Gain de place important (réduction de l'encombrement de 90% par rapport à l'AIS).
2. Haute résistance à l'environnement: La conception étanche protège contre la poussière, l'humidité et les animaux.
3. Faible entretien: Pas d'entretien pendant 10 ans, moins d'inspections nécessaires.
4. Haute fiabilité: Faible taux de défaillance, adapté aux environnements difficiles.
5. Sécurité: Les composants fermés réduisent le risque de choc électrique et d'éclair d'arc.
6. Réduction du bruit: Les boîtiers métalliques réduisent le bruit de fonctionnement de 30%-50%.

Inconvénients des SIG

1. Coût initial élevé: 1,5 à 2,5 fois plus cher que l'AIS.
2. SF₆Risques liés au gaz: Risques potentiels pour l'environnement et la santé dus au SF₆.
3. Réparations de pannes compliquées: Les défauts internes nécessitent un démontage et des réparations spécialisées.
4. Flexibilité limitée: Difficile d'adapter ou d'étendre le système après l'installation.
5. Sensible à la contamination par les particules: Nécessite des conditions d'assemblage propres pour éviter les décharges partielles.

Tableau des avantages et des inconvénients des SIG

AIS vs. SIG : Principales différences

1. Espace et empreinte

SIG: N'occupe que 10%-30% de l'encombrement du SIA, prend en charge les configurations 3D compactes, convient aux sites souterrains, à plusieurs étages ou offshore.

AIS: Nécessite de grands espaces extérieurs, coût du terrain plus élevé, ne convient pas aux centres urbains.

2. Coût

AIS: Faible investissement initial (environ 40%-60% de SIG), mais coûts de terrain et d'entretien plus élevés.

SIG: Investissement initial élevé (1,5-2,5 fois le SIA), mais économies sur le terrain, la construction et l'exploitation et la maintenance à long terme.

3. Impact sur l'environnement

AIS: Pas de risque lié au gaz SF₆, mais empreinte et exposition environnementale importantes.

SIG: Le gaz SF₆ a un PRP élevé, mais il est compact et étanche à la pollution.

4. Maintenance et fiabilité

AIS: Facilité d'entretien, réparations rapides, mais les composants exposés sont vulnérables à la contamination et présentent des taux de défaillance plus élevés.

SIG: Long cycle d'entretien (10 ans sans entretien), faible taux de défaillance, mais lenteur des réparations nécessitant l'intervention de spécialistes.

5. La sécurité

AIS: Les parties exposées à la haute tension nécessitent des mesures de protection strictes.

SIG: La conception entièrement fermée évite les chocs électriques et les arcs électriques, ce qui est plus sûr.

6. Applications

SIG: Idéal pour les zones urbaines, les zones industrielles polluées, la haute tension et les installations spéciales.

AIS: Idéal pour les zones suburbaines/rurales disposant d'un terrain abondant et de systèmes à moyenne tension, rentable.

Quand choisir le SIA ou le SIG ?

Choisir entre AIS et SIG n'est pas une question de bien ou de mal ; tout dépend de la façon dont vous équilibrez les considérations spatiales, le budget, les conditions environnementales et les objectifs opérationnels à long terme.
Si le site est spacieux, que le budget donne la priorité aux coûts initiaux et que les conditions environnementales sont relativement clémentes, l'EAE peut être le choix le plus naturel. Sa structure simple et sa facilité d'entretien la rendent idéale pour les projets de moyenne tension dans les zones rurales ou suburbaines.
Si le projet se situe dans une zone urbaine à forte densité de population, dans une zone industrielle fortement polluée ou dans une région côtière, ou si le projet a des exigences particulièrement élevées en matière de fiabilité et de sécurité, le SIG a souvent l'avantage. Il est compact, étanche et résistant à l'environnement, avec un long cycle de maintenance, ce qui le rend particulièrement adapté aux scénarios de missions critiques.
De nombreux projets optent en fait pour une solution hybride, tirant parti des points forts de l'AIS et du SIG. Par exemple, les composants principaux utilisent le SIG pour garantir la performance, tandis que les alimentations périphériques utilisent l'AIS pour réduire les coûts, ce qui permet d'atteindre à la fois la stabilité et la flexibilité.

Conclusion

Qu'il s'agisse AIS ou SIGIl n'y a pas de supériorité ou d'infériorité absolue ; seule la solution la plus appropriée existe. Le SIA se distingue par son faible investissement initial, sa structure simple et sa facilité d'entretien, tandis que le SIG se distingue par sa conception compacte, sa grande fiabilité et sa longue durée de vie. La clé réside dans la réalisation d'une évaluation complète basée sur les exigences spatiales du projet, le budget, les conditions environnementales et les besoins opérationnels. Pour certaines applications spécialisées, une solution hybride combinant le SIA et le SIG mérite également d'être envisagée, car elle permet de trouver un équilibre entre les performances et les coûts. En comprenant les caractéristiques des deux technologies, Chuanli peut vous aider à choisir une solution fiable et rentable pour votre système électrique.

FAQ

Le gaz SF6 est-il dangereux pour l'homme ?

Le gaz hexaluorure de soufre (SF₆) pur n'est pas toxique, mais les arcs électriques le décomposent en substances hautement corrosives comme le fluorure d'hydrogène (HF), qui peut provoquer des blessures mortelles. Dans les environnements confinés à forte concentration, il présente également des risques de suffocation en déplaçant l'oxygène. C'est pourquoi les appareillages de commutation isolés au gaz (GIS) exigent des systèmes intégrés de surveillance des fuites et de récupération des purifications, tandis que les gaz éco-isolants de nouvelle génération (g₃) remplaceront totalement le SF₆ d'ici à 2025 pour éliminer ces risques.

À quelle fréquence le SIG doit-il être entretenu ?

Les SIG ne nécessitent que des inspections annuelles de base, les chambres à gaz centrales fonctionnant sans entretien pendant 10 ans. Toutefois, les environnements à forte corrosion (zones côtières/chimiques) nécessitent des contrôles semestriels. Les SIG intelligents modernes permettent en outre une maintenance proactive grâce à la surveillance en temps réel des décharges partielles.

Une sous-station AIS peut-elle être convertie en sous-station SIG ?

Le passage des sous-stations AIS au SIG est techniquement possible mais soumis à d'importantes contraintes pratiques : De nouvelles fondations antisismiques doivent être coulées pour supporter les lourds modules GIS (chaque cabine pèse 3 à 5 tonnes), les barres omnibus ouvertes existantes doivent être remplacées par des gazoducs (en maintenant des dégagements antidéflagrants de SF₆), et des chambres d'extinction d'arc doivent être intégrées dans des espaces confinés (la conversion à 110 kV coûte >8 millions de yens par travée). Par conséquent, 70% des cas réels adoptent des solutions hybrides "GIS core + AIS feeders" au lieu d'une conversion complète de la station.

Quelle est la durée de vie d'un équipement AIS par rapport à un équipement SIG ?

La durée de vie théorique de l'AIS atteint 30 ans dans des environnements secs et propres, mais l'application pratique est limitée par le vieillissement de l'isolateur (environ 20 ans) et le brouillard salin/la contamination (qui réduisent la longévité à environ 15 ans). En revanche, le GIS atteint une longévité de plus de 40 ans grâce à sa structure entièrement scellée qui le protège contre la dégradation de l'environnement. Lorsque la pureté du gaz SF₆ dépasse 97%, le GIS fonctionne de manière fiable pendant plus de 50 ans. Pour les projets de moyenne-haute tension (220kV+), la durée de vie de GIS est en moyenne supérieure de 60% à celle des systèmes AIS.