Introduction

Le système électrique est l'épine dorsale de la société moderne, et appareillage de connexion est au cœur de ces systèmes. Il s'agit d'une combinaison de dispositifs utilisés pour contrôler, protéger et isoler les équipements électriques. Sans lui, le réseau électrique serait incapable de gérer les pannes et les surcharges, au risque de s'effondrer.
Les exigences en matière de sécurité, de fiabilité et d'efficacité ne cessant de croître, la technologie des appareillages de connexion a connu une évolution continue. Aujourd'hui, les deux types d'appareillage les plus courants dans le domaine de la moyenne tension sont les suivants appareillage de commutation à enveloppe métallique et Appareils de commutation isolés au gaz (GIS).
Bien que ces deux dispositifs aient des fonctions similaires, leur conception et leurs principes techniques sous-jacents sont fondamentalement différents. Il est donc essentiel de bien comprendre leurs caractéristiques pour faire le bon choix en fonction des scénarios d'application spécifiques.

Qu'est-ce que l'appareillage de connexion à gaine métallique ?

En termes simples, une armoire de distribution sous enveloppe métallique est un type d'armoire de distribution qui abrite tous les composants électriques de base, tels que les disjoncteurs, les barres omnibus et les transformateurs, dans des compartiments métalliques séparés et mis à la terre individuellement.
Cette conception est très ingénieuse, son principe de base étant que même si un problème survient dans un compartiment (par exemple un court-circuit), le défaut ne se propagera pas facilement aux autres sections, ce qui améliore considérablement la sécurité et la fiabilité de l'équipement.
Il convient de noter que le terme "revêtement métalliqueL'expression "bardage métallique" désigne elle-même cette structure robuste et compartimentée. Il s'agit d'une norme très spécifique et rigoureuse, distincte de l'expression plus générale "à enveloppe métallique", qui n'impose pas les mêmes exigences que "à enveloppe métallique".

Principe de fonctionnement

En armoires de distribution à revêtement métalliqueL'air ou des gaz isolants tels que le SF6 sont généralement utilisés comme matériau isolant primaire. En cas de défaillance, le disjoncteur se déclenche dans un compartiment dédié, coupant le courant. Chaque composant possède son propre compartiment, associé à des barrières métalliques mises à la terre, afin d'obtenir une isolation physique et électrique. Cela nous permet d'effectuer une maintenance en toute sécurité sur une partie spécifique de l'appareillage de commutation tandis que d'autres sections peuvent continuer à fonctionner sous tension, sans affecter la fonctionnalité globale.

Avantages de l'appareillage à gaine métallique

• Sécurité renforcée : La conception compartimentée offre une protection supérieure contre les défauts internes. Un éclair d'arc a plus de chances d'être contenu dans son compartiment, ce qui réduit le risque de blessure pour le personnel et d'endommagement des équipements adjacents.
• Facilité d'entretien : La conception extractible des disjoncteurs permet de les retirer et de les remplacer facilement. Cela simplifie la maintenance et le dépannage, souvent sans qu'il soit nécessaire d'arrêter l'ensemble de la ligne d'appareillage.
• Technologie éprouvée : L'appareillage de commutation à enveloppe métallique est une norme industrielle depuis des décennies. Il s'agit d'une technologie très fiable et bien comprise, avec une vaste base installée et des pièces de rechange facilement disponibles.
• Flexibilité : La conception modulaire permet d'ajouter ou de reconfigurer facilement des sections en fonction de l'évolution des besoins en énergie.

Inconvénients de l'appareillage à gaine métallique

• Grande empreinte : L'isolation de l'air et les compartiments métalliques robustes nécessitent un espace physique important, ce qui en fait un mauvais choix pour les installations dont l'espace au sol est limité.
• Exposition environnementale : Bien que conçus pour être robustes, les composants sont toujours exposés à l'environnement ambiant. La poussière, l'humidité et d'autres contaminants peuvent s'accumuler, ce qui peut nécessiter un nettoyage et une maintenance plus fréquents.
• Exigences plus élevées en matière de jeux de barres et de connexions : Les connexions des barres omnibus à l'air libre peuvent constituer un point faible et contribuent également à l'augmentation de la taille de l'ensemble.

Applications

Appareillage à gaine métallique est couramment utilisé dans les installations industrielles, les sous-stations publiques, les centrales électriques et les grands bâtiments commerciaux. C'est un choix idéal pour les situations où l'espace n'est pas particulièrement limité, mais où les exigences en matière d'isolation et de maintenance sont élevées.

Qu'est-ce que l'appareillage de commutation GIS ?

Appareils de commutation isolés au gaz (GIS) représente une technologie plus avancée et plus compacte. Dans un système GIS, tous les composants électriques sous tension sont contenus dans des boîtiers métalliques scellés et pressurisés, remplis d'un gaz hautement diélectrique, le plus souvent le hexafluorure de soufre (SF6).

Principe de fonctionnement

Le cœur de la technologie GIS est l'utilisation du gaz SF6 comme milieu isolant. Le SF6 a une rigidité diélectrique trois fois supérieure à celle de l'air, ce qui signifie qu'il peut supporter des pressions de tension plus élevées et qu'il est moins susceptible de se rompre. C'est pourquoi la taille de l'ensemble de l'appareillage de commutation peut être considérablement réduite. Il possède un boîtier étanche à pression positive qui protège les composants internes des influences environnementales, garantissant ainsi un fonctionnement stable et fiable. En cas de défaut, le disjoncteur fonctionne dans un environnement de gaz SF6, ce qui permet un refroidissement rapide et l'extinction de l'arc pour garantir la sécurité.

Avantages de l'appareillage de commutation GIS

• Taille compacte : Il s'agit là de l'avantage le plus important du GIS. Les propriétés isolantes supérieures du gaz SF6 permettent un encombrement souvent inférieur de 10% à celui requis par les appareillages de commutation conventionnels à isolation par l'air ou à enveloppe métallique. Le GIS est donc idéal pour les zones urbaines, les sous-stations intérieures et les plates-formes offshore où l'espace est compté.
• Fiabilité exceptionnelle : La conception scellée et pressurisée protège les composants internes de l'humidité, de la poussière, de la pollution et des rongeurs. Cela se traduit par un taux de défaillance beaucoup plus faible et une durée de vie opérationnelle plus longue.
• Peu d'entretien : En raison de l'étanchéité de l'environnement, le GIS nécessite très peu d'entretien. Les contrôles de routine sont principalement axés sur la surveillance de la pression et de la densité du gaz.
• Protection de l'environnement : Bien que le SF6 soit un puissant gaz à effet de serre, sa conception étanche garantit qu'il est confiné et qu'il n'est pas libéré dans l'atmosphère en fonctionnement normal. L'impact sur l'environnement est ainsi minimisé par rapport aux systèmes plus anciens et plus poreux.

Inconvénients de l'appareillage de commutation GIS

• Coût initial élevé : Les composants spécialisés, les processus de fabrication et les équipements de traitement des gaz rendent les systèmes SIG nettement plus coûteux à l'achat et à l'installation que les systèmes d'échange de quotas d'émission de gaz à effet de serre. appareillage de commutation à enveloppe métallique.
• Entretien du complexe : Si la maintenance est peu fréquente, elle est aussi plus complexe. Tout défaut ou problème interne nécessite des outils et une expertise spécialisés pour ouvrir l'enceinte scellée, et le gaz SF6 doit être correctement manipulé et récupéré.
• Préoccupations environnementales liées au SF6 : Bien qu'il soit confiné, le risque de fuite ou de rejet de SF6 pendant le démantèlement est une préoccupation environnementale majeure. La recherche et le développement de gaz isolants alternatifs sont en cours.
• Fonctionnement plus bruyant : Les disjoncteurs GIS ont tendance à fonctionner à un niveau de bruit plus élevé que leurs homologues à enveloppe métallique.

Applications

L'appareillage GIS est le choix préféré pour les applications haute tension dans les sous-stations urbaines, les centrales électriques et les parcs éoliens en mer où l'espace est très limité. Ils sont également de plus en plus utilisés dans les environnements industriels et les bâtiments commerciaux où un haut degré de fiabilité et une faible maintenance sont primordiaux.

Metal-Clad vs. GIS : Principales différences

1. Taille et empreinte

• Appareils de commutation à enveloppe métallique : Ce type utilise l'air comme principal moyen d'isolation. L'air ayant une rigidité diélectrique relativement faible, il faut davantage d'espace physique pour maintenir les distances requises entre les composants sous tension et les pièces mises à la terre. Il en résulte une conception volumineuse et encombrante, qui occupe souvent un espace considérable au sol.
• Appareils de commutation isolés au gaz (GIS) : Le GIS tire parti de la rigidité diélectrique supérieure du gaz SF6, qui est jusqu'à trois fois supérieure à celle de l'air. Cela permet de réduire considérablement l'espacement entre les composants, toutes les pièces étant contenues dans une enceinte compacte et étanche. Il en résulte un encombrement beaucoup plus faible, souvent 10% ou moins de la taille d'une unité comparable revêtue de métal. Il s'agit d'un avantage essentiel pour les sous-stations urbaines ou les installations industrielles où l'immobilier est cher et limité.

2. L'entretien

• Appareils de commutation à enveloppe métallique : La maintenance est un aspect essentiel des systèmes à enveloppe métallique. La conception extractible des disjoncteurs permet de les retirer et de les inspecter facilement. Le personnel de maintenance peut travailler en toute sécurité sur un seul disjoncteur ou une seule section de l'appareillage de commutation, tandis que le reste du système reste sous tension. Cependant, en raison de la conception à l'air libre, les composants sont exposés à des facteurs environnementaux tels que la poussière et l'humidité, ce qui nécessite des inspections et des nettoyages de routine plus fréquents.
• Appareils de commutation isolés au gaz (GIS) : Les systèmes SIG sont réputés pour leur faible maintenance. Le boîtier scellé et pressurisé protège tous les composants internes de la contamination environnementale, ce qui réduit considérablement les besoins de nettoyage et d'inspection de routine. La maintenance est principalement axée sur la surveillance de la pression et de la densité du gaz. Bien que peu fréquentes, les réparations internes sont complexes et nécessitent des outils et du personnel spécialisés pour manipuler le gaz SF6 et ouvrir la chambre scellée.

3. Coût initial

• Appareils de commutation à enveloppe métallique : En général, le coût initial d'achat et d'installation d'un appareillage de commutation à enveloppe métallique est inférieur à celui d'un appareillage GIS. La technologie est bien établie et le processus de fabrication est moins complexe que celui d'un système GIS scellé à haute pression.
• Appareils de commutation isolés au gaz (GIS) : Le coût initial des SIG est nettement plus élevé. Cela est dû à la technologie de pointe, aux processus de fabrication spécialisés et au coût du gaz SF6 lui-même. Toutefois, cet investissement initial plus élevé est souvent compensé par les avantages à long terme d'une maintenance réduite et d'une durée de vie opérationnelle plus longue.

4. Protection de l'environnement

• Appareils de commutation à enveloppe métallique : Bien que l'équipement soit logé dans un boîtier métallique, les composants sont toujours exposés aux conditions ambiantes. Cela signifie que le système peut être affecté par l'humidité, la poussière et la pollution, ce qui peut entraîner des embrasements ou de la corrosion au fil du temps.
• Appareils de commutation isolés au gaz (GIS) : L'enceinte étanche des SIG offre une protection supérieure. Il crée un environnement interne contrôlé qui est complètement isolé des polluants externes, de l'humidité et même de la faune. Le GIS est donc idéal pour les environnements difficiles ou pollués, et il contribue à la grande fiabilité et à la longue durée de vie du système.

5. Moyen d'isolation

• Appareils de commutation à enveloppe métallique : Le principal moyen d'isolation est l'air, dont la rigidité diélectrique est plus faible. Certains systèmes avancés à enveloppe métallique peuvent utiliser du SF6 ou d'autres gaz dans le disjoncteur, mais l'isolation globale du jeu de barres et des composants repose encore souvent sur l'air.
• Appareils de commutation isolés au gaz (GIS) : La caractéristique principale du GIS est l'utilisation du gaz SF6 comme principal moyen d'isolation pour tous les composants. Cela permet une conception compacte et offre des propriétés d'isolation exceptionnelles qui résistent à la rupture électrique. Bien que le SF6 soit un puissant gaz à effet de serre, les systèmes scellés sont conçus pour présenter des taux de fuite extrêmement faibles, ce qui minimise l'impact sur l'environnement.

6. Isolation des défauts

• Appareils de commutation à enveloppe métallique : La conception de l'appareillage de commutation à enveloppe métallique est basée sur la compartimentation. Chaque composant principal (par exemple, le disjoncteur, le jeu de barres, le transformateur de mesure) est logé dans un compartiment métallique séparé et mis à la terre. Cette conception est très efficace pour contenir un défaut dans sa section spécifique, l'empêchant ainsi de se propager en cascade et d'endommager l'ensemble du système.
• Appareils de commutation isolés au gaz (GIS) : Le GIS offre également une excellente isolation des défauts. L'ensemble du système est logé dans une seule enceinte métallique étanche. Lorsqu'un défaut se produit, l'arc est rapidement et efficacement éteint par le gaz SF6 sous pression, et l'enceinte elle-même constitue une barrière solide pour éviter tout dommage externe. La nature scellée du système le rend presque insensible aux facteurs externes qui provoquent un défaut.

Quel est l'appareillage de commutation qui vous convient ? Faire le choix

Le choix entre un appareillage de commutation à enveloppe métallique et un appareillage de commutation GIS est une décision cruciale qui dépend d'une série de facteurs. Il n'y a pas de "meilleure" option ; le bon choix est celui qui correspond le mieux aux exigences spécifiques de votre projet.

Voici quelques questions à se poser :

• L'espace est-il une contrainte critique ? Si vous disposez d'un espace limité, en particulier dans un environnement urbain ou intérieur, SIG est le grand gagnant.
• Quel est votre budget ? Si le coût du capital initial est une préoccupation majeure, revêtement métallique appareillage de connexion est un choix plus économique.
• Quelles sont vos capacités de maintenance ? Si vous disposez d'une équipe qualifiée et que vous souhaitez effectuer des travaux d'entretien simples et de routine, revêtement métallique est une bonne solution. Si vous préférez une solution "prête à l'emploi et oubliée" et que vous pouvez compter sur une assistance externe spécialisée pour les problèmes rares, SIG est la voie à suivre.
• Quel est le niveau de fiabilité requis ? Pour les applications critiques où les temps d'arrêt sont inacceptables, la nature étanche et robuste du SIG offre souvent un niveau plus élevé de fiabilité à long terme.
• Êtes-vous sensible aux préoccupations environnementales ? Bien que le SF6 soit un problème, les systèmes SIG modernes sont très bien conçus pour éviter les fuites. La construction robuste et le confinement environnemental peuvent constituer un choix plus convaincant pour certaines applications qu'un système exposé à des facteurs externes.

Conclusion

Appareillage à gaine métallique et Appareils de commutation isolés au gaz (GIS) sont à la fois des technologies de protection et de contrôle très fiables et puissantes pour les réseaux électriques. L'appareillage de commutation à enveloppe métallique se caractérise par une structure robuste, une technologie mature et un excellent rapport coût-efficacité, ce qui en fait la solution idéale pour les applications où l'espace est limité. Le GIS, quant à lui, est plus compact, très fiable et plus facile à entretenir, ce qui le rend particulièrement adapté aux environnements modernes avec des exigences strictes en matière d'espace.

Au ChuanliNous comprenons que le choix de l'appareillage de commutation approprié n'est pas une tâche simple. Nous ne nous contentons pas de fournir des solutions complètes en matière de blindage métallique et de GIS, mais nous offrons également des services de conseil professionnel pour vous aider à analyser en profondeur vos besoins et à identifier les solutions techniques les plus appropriées qui maximisent la valeur de votre projet.