AIS vs GIS vs HGIS (Hybrid Switchgear): Punti chiave

I quadri isolati in aria (AIS) rappresentano solitamente la scelta più flessibile ed economica quando è disponibile spazio a terra. I quadri isolati in gas (GIS) sono generalmente preferiti laddove lo spazio, la resistenza all'inquinamento o un'installazione al chiuso siano più importanti del costo iniziale dell'apparecchiatura. I quadri ibridi isolati in gas (HGIS) si collocano in una posizione intermedia: integrano le funzioni principali della campata in un modulo compatto isolato in gas, mantenendo sbarre o connessioni esterne isolate in aria.

La scelta corretta non è determinata solo dalla tensione. Gli ingegneri devono confrontare l'intera configurazione della sottostazione, inclusi i costi del terreno e dell'edificio, l'esposizione ambientale, la strategia di interruzione, le future espansioni, la capacità di manutenzione, le normative sui mezzi isolanti e il costo di un circuito non disponibile.

Questa guida fornisce un metodo strutturato per confrontare AIS, GIS e HGIS senza presupporre che una tecnologia sia universalmente superiore.

AIS vs GIS vs HGIS: confronto rapido

Fattore di selezione	AIS	GIS	Quadri ibridi (HGIS)
Nome completo	Quadro elettrico isolato in aria	Quadro elettrico isolato in gas	Quadro elettrico ibrido isolato in gas
Disposizione dell'isolamento primario	L'aria ambiente e le distanze fisiche forniscono l'isolamento esterno	I principali componenti sotto tensione sono racchiusi in scomparti metallici messi a terra contenenti un gas isolante o una miscela di gas	Le funzioni principali della campata sono isolate in gas e racchiuse; le sbarre collettrici o le connessioni esterne rimangono isolate in aria
Ingombro fisico tipico	Il più grande	Il più piccolo	Tra AIS e GIS; solitamente molto più compatto di una campata AIS comparabile
Costo iniziale dell'apparecchiatura	Solitamente il più basso	Solitamente il più alto	Generalmente tra AIS e GIS, ma specifico per il progetto
Esposizione a polvere, salsedine, umidità e fauna selvatica	Il più alto	Minima per le parti primarie incapsulate	Inferiore all'AIS per le funzioni incapsulate, ma le interfacce isolate in aria rimangono esposte
Ispezione visiva di routine	Diretto e immediato	Limitato poiché le parti principali sono racchiuse	Misto: modulo racchiuso più connessioni esterne accessibili
Carattere di manutenzione	Più parti esposte da ispezionare e pulire	Minore esposizione, ma il sistema a gas e i lavori sull'involucro richiedono procedure specializzate	Apparecchiature esposte ridotte con un ambito isolato in gas inferiore rispetto a un GIS completo
Assemblaggio in loco	Maggiore numero di apparecchiature individuali e interconnessioni	Scomparti o unità di trasporto assemblati in fabbrica, seguiti da assemblaggio in loco e lavori su gas/interfacce	I moduli di scomparto altamente integrati e testati in fabbrica possono ridurre i lavori in loco
Espansione futura	Solitamente più semplice	Deve essere pianificata in base alle interfacce GIS, al design del produttore e ai requisiti di interruzione	Spesso utile per espandere o compattare una sottostazione AIS esistente
Ambiente ideale	Siti con terreno adeguato e inquinamento gestibile	Siti urbani, sotterranei, interni, costieri, industriali o altri siti con vincoli di spazio	Ampliamenti di aree industriali dismesse (brownfield), siti esterni vincolati, applicazioni offshore e progetti che richiedono un'installazione più rapida delle baie
Principale compromesso progettuale	Maggiore occupazione di suolo ed esposizione ambientale	Maggiore complessità di capitale e maggiore dipendenza dalla progettazione di sistemi chiusi	Compromesso tra compattezza e interfacce AIS convenzionali

Queste sono tendenze ingegneristiche, non valori garantiti. Un confronto significativo deve utilizzare lo stesso schema unifilare, tensione nominale, capacità di cortocircuito, schema delle sbarre, requisiti di ridondanza, condizioni del sito e vita utile del progetto.

Cosa sono AIS, GIS e HGIS?

Cos'è il quadro elettrico isolato in aria?

Il quadro elettrico isolato in aria utilizza l'aria atmosferica e distanze specifiche per isolare i conduttori sotto tensione dalle strutture messe a terra e dalle altre fasi. In una sottostazione AIS ad alta tensione, interruttori automatici, sezionatori, sezionatori di terra, trasformatori di misura, scaricatori di sovratensione e sbarre sono generalmente installati come apparecchiature separate collegate da conduttori a vista.

L'AIS non è la stessa cosa di un'installazione aperta e non protetta. L'apparecchiatura utilizza comunque isolatori, strutture messe a terra, interblocchi, recinzioni, relè di protezione e distanze elettriche definite. La caratteristica distintiva è che l'isolamento esterno tra le principali parti in tensione è fornito principalmente dall'aria anziché da un involucro metallico sigillato isolato in gas.

L'AIS rimane interessante perché è modulare, ispezionabile visivamente, relativamente facile da espandere e supportato da un'ampia base di fornitori e servizi. Il suo svantaggio principale è lo spazio. Le distanze fase-fase e fase-terra richieste aumentano con la tensione nominale e i requisiti di coordinamento dell'isolamento, quindi l'ingombro della sottostazione può diventare considerevole.

Cos'è il quadro elettrico isolato in gas?

Il quadro elettrico isolato in gas colloca le principali funzioni ad alta tensione all'interno di involucri metallici messi a terra. L'isolamento è fornito almeno in parte da un gas isolante pressurizzato o da una miscela di gas anziché dalla sola aria atmosferica.

Una campata GIS può integrare l'interruttore automatico, i sezionatori, le sezioni di messa a terra, i trasformatori di misura di corrente e tensione, le sezioni di sbarra e le interfacce per cavi o linee in un unico assemblaggio compatto. L'involucro messo a terra limita l'esposizione delle parti in tensione a polvere, salsedine, umidità, animali e contatti accidentali. Ciò rende il GIS particolarmente utile dove il costo del terreno è elevato, la sottostazione deve essere installata all'interno di un edificio o nel sottosuolo, o dove la contaminazione ambientale renderebbe difficile la manutenzione dell'isolamento esposto.

Il GIS non dovrebbe essere considerato automaticamente sinonimo di apparecchiature in SF6. L'esafluoruro di zolfo è stato storicamente il mezzo isolante e di interruzione dominante in molti progetti GIS, ma i produttori offrono ora anche l'interruzione in vuoto e sistemi di isolamento alternativi basati su aria pulita o altre miscele di gas. Il mezzo specifico, il potenziale di riscaldamento globale, i requisiti di tenuta, il processo di recupero e lo stato di conformità regionale devono essere verificati per l'apparecchiatura proposta.

Cos'è l'apparecchiatura ibrida isolata in gas (HGIS)?

L'apparecchiatura ibrida isolata in gas combina elementi di AIS e GIS in un'unica campata di sottostazione. L'interruttore automatico, le funzioni di sezionamento e messa a terra, e talvolta i trasformatori di misura, sono integrati in un modulo isolato in gas messo a terra. Il modulo si collega poi a sbarre, trasformatori, linee o altre apparecchiature esterne isolate in aria convenzionali.

Questa architettura riduce il numero di strutture di supporto separate, fondazioni, conduttori e interfacce assemblate in loco, senza racchiudere l'intero sistema di sbarre come farebbe un'installazione GIS completa. Può quindi ridurre l'ingombro di una campata AIS preservando le familiari connessioni delle sottostazioni isolate in aria.

L'HGIS è particolarmente rilevante quando un sito AIS esistente necessita di una campata aggiuntiva ma non può garantire le distanze di rispetto richieste da un'estensione AIS convenzionale. È utile anche dove i tempi di costruzione, i moduli trasportabili testati in fabbrica o un numero ridotto di componenti di manovra esposti rappresentano un valore significativo per il progetto.

Dove si colloca il PASS?

PASS non è una categoria universale di apparecchiature di manovra secondo le norme IEC. È il nome della famiglia di quadri ibridi di Hitachi Energy e sta per Plug and Switch System. PASS è un esempio pratico di HGIS: le funzioni della baia ad alta tensione sono racchiuse in un involucro isolato in gas, mentre le sbarre isolate in aria collegano il modulo al resto della sottostazione.

Questa distinzione è importante nelle specifiche. Un bando di gara dovrebbe definire le funzioni richieste, i valori nominali, le interfacce, il mezzo isolante, gli standard, le condizioni di servizio e le prestazioni. Non dovrebbe utilizzare il nome di una famiglia di prodotti proprietaria come se fosse la definizione generica di tutti i quadri ibridi.

La gerarchia generica è:

AIS: architettura di sottostazione isolata in aria.
GIS: Architettura di quadri elettrici isolati in gas (GIS) sotto involucro metallico.
HGIS o quadri elettrici ibridi: Funzioni di scomparto isolate in gas integrate combinate con connessioni esterne isolate in aria.
PASS: Implementazione di quadri elettrici ibridi da parte di un produttore.

Le differenze ingegneristiche che contano

1. Ingombro e opere civili

L'AIS necessita di distanze di isolamento elettrico in aria aperta e pertanto occupa solitamente la superficie maggiore. Può inoltre richiedere un numero superiore di fondazioni individuali, strutture di supporto, canaline per cavi e interconnessioni installate in loco.

Il GIS comprime le funzioni di commutazione e di sbarra in compartimenti metallici chiusi. Solitamente offre l'ingombro più ridotto per i quadri elettrici e rende tecnicamente fattibili le sottostazioni interne, sotterranee o urbane. Tuttavia, l'ingombro del quadro elettrico non coincide con l'ingombro totale della sottostazione. Trasformatori, reattori, terminali per cavi, percorsi di accesso, separazioni antincendio, ventilazione e sistemi ausiliari richiedono comunque spazio.

L'HGIS riduce l'ingombro dei singoli moduli, ma generalmente non raggiunge la compattezza di un sistema a sbarre completamente isolato in gas. Il suo vantaggio in termini di opere civili è spesso più evidente nell'estensione di impianti AIS, dove un edificio GIS completo risulterebbe sproporzionato, ma un modulo AIS convenzionale non troverebbe spazio.

Regola decisionale: Confrontare i layout completi del sito, non le dimensioni dei moduli da catalogo.

2. Esposizione ambientale

Gli isolatori e le connessioni sotto tensione degli impianti AIS sono esposti all'ambiente del sito. Nebbia salina, contaminazione industriale, polvere, umidità, ghiaccio, uccelli e piccoli animali possono aumentare le esigenze di ispezione e pulizia o influenzare il design dell'isolamento. Anche l'altitudine elevata modifica le prestazioni dielettriche dell'isolamento in aria esterna e può richiedere distanze di rispetto corrette.

Il GIS protegge le parti primarie all'interno di involucri messi a terra, rendendo le loro prestazioni dielettriche meno dipendenti dalla contaminazione esterna. I passanti esterni, le terminazioni e le apparecchiature ausiliarie necessitano comunque di una valutazione ambientale, ma il circuito principale è sostanzialmente isolato dalle condizioni ambientali.

L'HGIS protegge le funzioni di commutazione integrate, lasciando esposte le sbarre isolate in aria e le interfacce delle apparecchiature. Pertanto, migliora la resilienza ambientale rispetto a un modulo AIS completamente esposto, ma non elimina la necessità di uno studio sull'isolamento esterno.

Regola decisionale: Il valore del GIS aumenta all'aumentare della gravità della contaminazione, dell'esposizione agli agenti atmosferici, dei vincoli di altitudine o delle conseguenze di un arco elettrico esterno.

3. Ispezione, manutenzione e riparazione

L'AIS offre ai team di manutenzione un accesso visivo diretto alla maggior parte delle apparecchiature primarie. I componenti possono spesso essere ispezionati, testati, puliti o sostituiti singolarmente. Il compromesso è che l'isolamento esposto, i meccanismi, i giunti e le strutture possono richiedere una maggiore attenzione ordinaria.

Il GIS riduce l'esposizione ambientale e la pulizia ordinaria dei componenti primari. Tuttavia, i difetti interni, gli allarmi del gas, i lavori sugli involucri e le riparazioni importanti richiedono procedure specializzate, personale addestrato, attrezzature di movimentazione compatibili e un attento controllo dei mezzi isolanti. L'accesso per la riparazione e l'impatto dell'interruzione dipendono fortemente dalla compartimentazione e dal design per la continuità del servizio.

L'HGIS riduce il numero di dispositivi di commutazione esposti limitando al contempo la quantità di apparecchiature isolate in gas. La manutenzione rimane mista: i tecnici necessitano sia di competenze per sottostazioni convenzionali all'aperto, sia di conoscenze specifiche del prodotto per il modulo integrato.

Regola decisionale: Valutare separatamente l'onere di manutenzione e il ripristino dopo la riparazione. Una bassa manutenzione ordinaria non implica automaticamente una semplice riparazione dei guasti.

4. Affidabilità e disponibilità

L'affidabilità non può essere determinata dalla sola tecnologia di isolamento. Dipende dalla configurazione unifilare, dal design dei componenti, dalla qualità dell'installazione, dalle condizioni ambientali, dai confini dei compartimenti, dal sistema di protezione, dal programma di manutenzione, dalla strategia dei pezzi di ricambio e dalla competenza dell'operatore.

Il GIS può ridurre i guasti causati da contaminazione e contatto accidentale poiché il circuito principale è racchiuso. L'AIS può rendere i difetti più facili da osservare e i singoli componenti più facili da isolare o sostituire. L'HGIS riduce le interfacce esterne all'interno di una campata, ma utilizza ancora connessioni di sottostazione esposte.

Per un progetto critico, porsi le domande che influenzano direttamente la disponibilità:

È possibile isolare una sezione di sbarra, un campo o uno scomparto a gas senza interrompere i circuiti adiacenti?
Qual è il tempo di riparazione per un interruttore, un sezionatore, un passante o uno scomparto a gas guasti?
Sono disponibili localmente moduli di ricambio, meccanismi, guarnizioni, monitor di densità e tecnici specializzati?
La sottostazione può continuare a operare durante l'ampliamento o la manutenzione?
La configurazione delle sbarre fornisce la ridondanza operativa richiesta?

Regola decisionale: Specificare la continuità di servizio richiesta e il tempo medio di ripristino, non limitarsi a un generico “alta affidabilità”.”

5. Installazione e messa in servizio

La costruzione di impianti AIS comporta l'installazione e l'allineamento dei singoli componenti, l'erezione delle strutture, l'esecuzione delle connessioni dei conduttori e la verifica delle distanze di isolamento in campo. Si tratta di un lavoro noto, ma la quantità di assemblaggio in loco può essere elevata.

Il GIS viene fornito in scomparti o unità di trasporto testate in fabbrica, ma i giunti in campo, le zone di gas, le interfacce dei cavi, il cablaggio di protezione, il collegamento a terra degli involucri e le prove ad alta tensione richiedono comunque procedure controllate. Le tolleranze costruttive e i limiti di trasporto possono influenzare le dimensioni dei moduli e la sequenza di installazione.

I moduli HGIS possono arrivare con diverse funzioni di scomparto assemblate e testate in fabbrica. Ciò può ridurre i tempi di lavoro in loco e il numero di connessioni ad alta tensione assemblate all'aperto. Il vantaggio è prezioso per interventi su impianti esistenti (brownfield), siti remoti e progetti con finestre di costruzione limitate.

Regola decisionale: Confrontare l'intero programma di installazione, inclusi la disponibilità delle opere civili, il trasporto, l'assemblaggio, i test, le interruzioni di servizio e la messa in tensione, non solo i tempi di consegna in fabbrica.

6. Espansione e dipendenza tecnologica

L'AIS è normalmente l'architettura più semplice da espandere poiché le sue interfacce fisiche sono visibili e convenzionali. A condizione che lo spazio, le distanze di isolamento, le portate delle sbarre, le zone di protezione e le disposizioni per le interruzioni di servizio lo consentano, le apparecchiature di progetti diversi possono spesso essere integrate in modo più flessibile.

Le estensioni GIS richiedono un coordinamento dettagliato con il progetto installato. Le interfacce dei compartimenti a gas, le dimensioni degli involucri, la disposizione delle sbarre, i sistemi di controllo, i confini dei test di tipo e l'obsolescenza possono aumentare la dipendenza dal produttore originale o da una piattaforma successiva compatibile.

L'HGIS può rappresentare un ponte efficace per l'espansione di impianti AIS poiché utilizza connessioni esterne convenzionali pur compattando il nuovo scomparto. Tuttavia, il modulo integrato rimane specifico del prodotto.

Regola decisionale: Riservare spazio fisico e definire i requisiti di interfaccia futuri durante il progetto originale, indipendentemente dalla tecnologia.

7. Costo di capitale e costo del ciclo di vita

L'AIS ha solitamente il costo delle apparecchiature più basso, ma può richiedere più terreno e opere civili più ampie. Il GIS ha solitamente costi di apparecchiature e di installazione specialistica più elevati, tuttavia può evitare costose acquisizioni di terreni o rendere possibile un progetto urbano compatto. L'HGIS si colloca spesso tra i due, specialmente quando evita un'importante espansione del sito o riduce la finestra di interruzione.

Un confronto del ciclo di vita dovrebbe includere:

Apparecchiature di commutazione e protezione.
Terreno, edifici, fondazioni, strutture e percorsi dei cavi.
Trasporto, montaggio, test in campo e messa in servizio.
Gestione del mezzo isolante e obblighi normativi.
Ispezione programmata, pulizia, collaudo e manutenzione specialistica.
Ricambi, formazione, utensili e supporto del produttore.
Disposizioni per espansioni e retrofit.
Costo previsto per interruzione e tempo di ripristino.
Dismissione, recupero del gas, riciclaggio e smaltimento.

Regola decisionale: Calcolare il costo totale di installazione e del ciclo di vita rispetto alla stessa specifica funzionale. Un confronto basato solo sul prezzo di acquisto è incompleto.

Considerazioni ambientali e sull'SF6.

Le apparecchiature GIS tradizionali e alcune ibride utilizzano l'SF6 per le sue proprietà dielettriche e di interruzione dell'arco. Lo svantaggio ambientale è il suo elevato impatto sul riscaldamento globale. Di conseguenza, le normative, le politiche di approvvigionamento, gli obblighi di rendicontazione e i requisiti di fine vita stanno modificando l'economia e l'accettabilità dei progetti basati su SF6.

La norma IEC 62271-203:2022 disciplina ora sia l'SF6 che i gas alternativi per GIS superiori a 52 kV e differenzia i requisiti di tenuta in base al potenziale di riscaldamento globale del gas. Nell'Unione Europea, il Regolamento (UE) 2024/573 introduce restrizioni graduali che interessano le apparecchiature di commutazione elettrica che utilizzano gas fluorurati a effetto serra, con ambito e scadenze dipendenti dalla tensione e dalle condizioni tecniche.

Per ogni gara d'appalto relativa a GIS o HGIS, verificare:

I mezzi isolanti e di interruzione utilizzati in ciascun compartimento.
Il potenziale di riscaldamento globale del gas e la massa totale installata.
I requisiti di monitoraggio delle perdite e di allarme.
Le procedure di riempimento, recupero, riciclaggio e certificazione dei tecnici.
La disponibilità del prodotto in conformità alle normative vigenti alla data di installazione.
La strategia per il gas di riserva e per il fine vita durante l'intera vita utile prevista dell'asset.

Regola decisionale: Non specificare “GIS” dando per scontato il profilo ambientale. Specificare e valutare l'effettiva tecnologia di isolamento.

AIS, GIS o HGIS: quale scegliere?

Condizioni di progetto	Punto di partenza preferenziale	Perché merita una valutazione prioritaria
Sottostazione rurale in area verde con terreno adeguato	AIS	Basso costo delle apparecchiature, manutenzione familiare e facilità di espansione futura
Sottostazione in area urbana densa o sotterranea	GIS	Ingombro minimo del quadro elettrico e apparecchiature primarie incapsulate
Sito costiero, desertico, minerario o altamente inquinato	GIS o HGIS	Esposizione ridotta delle funzioni di commutazione critiche alla contaminazione
Sottostazione AIS esistente che necessita di un modulo aggiuntivo	HGIS	Il modulo compatto può essere collegato alla sbarra collettrice isolata in aria esistente senza convertire l'intero sito in GIS
Il progetto prevede un'interruzione programmata molto breve	HGIS o GIS modulare	Gli assemblaggi integrati in fabbrica possono ridurre le connessioni in campo e i tempi di installazione
La sottostazione deve essere installata all'interno di un edificio	GIS; AIS per interni dove lo spazio lo consente	Il GIS riduce al minimo il volume dell'edificio richiesto per le distanze di isolamento elettrico
Il costo iniziale più basso è il vincolo dominante	AIS	Normalmente il costo dell'apparecchiatura più basso quando le condizioni del terreno e del sito sono favorevoli
È probabile una futura espansione a più stadi	AIS o GIS progettati esplicitamente per l'estensione	L'AIS è generalmente più flessibile; il GIS richiede un'interfaccia disciplinata e una pianificazione delle interruzioni
Connessione offshore o per rinnovabili in spazi altamente vincolati	GIS o HGIS per applicazioni specifiche	La compattezza, la protezione ambientale e la fornitura modulare possono superare il costo del capitale
Restrizioni severe sui gas fluorurati	GIS privo di SF6, soluzione ibrida priva di SF6 o AIS	La tecnologia deve essere selezionata in base al mezzo isolante effettivo e alle tempistiche normative locali

Questa tabella rappresenta un punto di partenza, non un sostituto degli studi di sistema. La tensione nominale, la corrente continua, la corrente di breve durata ammissibile, il livello di isolamento, lo schema delle sbarre, le sollecitazioni sismiche, le condizioni ambientali, i requisiti di arco interno e i criteri di affidabilità della rete possono modificare il risultato.

Un quadro di selezione in cinque fasi

Fase 1: Definire i requisiti elettrici

Definire lo schema unifilare, la tensione e la frequenza nominali, la corrente normale, la corrente di cortocircuito e la sua durata, i livelli di isolamento, i cicli di manovra, la disposizione delle sbarre, i requisiti dei trasformatori di misura, le zone di protezione e il concetto di messa a terra. Confrontare ambiti elettrici differenti porterà a una decisione tecnologica fuorviante.

Fase 2: Quantificare i vincoli del sito

Sviluppare layout preliminari per AIS, GIS e HGIS. Includere distanze di sicurezza, accessi, trasformatori, terminazioni dei cavi, sale controllo, zone antincendio, strade, percorsi di sollevamento e baie future. Convertire le differenze di terreno ed edificio in costi di progetto, invece di considerare la “compattezza” come un vantaggio astratto.

Fase 3: Definire i requisiti di disponibilità

Dichiarare la durata ammissibile delle interruzioni, le finestre di manutenzione programmata, i requisiti operativi N-1, le aspettative di continuità del servizio, le necessità di isolamento dei compartimenti e gli obiettivi di ripristino. Verificare se la disposizione delle sbarre e la compartimentazione delle apparecchiature proposte soddisfino tali obiettivi.

Passaggio 4: Valutazione dei rischi ambientali e normativi

Registrare altitudine, grado di inquinamento, salinità, umidità, temperatura, formazione di ghiaccio, vento, condizioni sismiche, livello di inondazione e installazione interna o esterna. Per le apparecchiature isolate in gas, valutare il mezzo isolante, la gestione delle perdite, le normative F-gas applicabili, la competenza dei tecnici e il recupero a fine vita.

Passaggio 5: Confronto tra costi del ciclo di vita e capacità di fornitura

Richiedere proposte comparabili ai fornitori e valutarle in base a costo dell'apparecchiatura, opere civili, cronoprogramma, manutenzione, ricambi, formazione, espansione, rischio di interruzione, esposizione normativa e smantellamento. Registrare le ipotesi in modo che un'offerta più bassa non possa prevalere escludendo interfacce essenziali o lavori futuri.

Standard e limiti delle specifiche

La serie IEC 62271 fornisce il principale quadro internazionale per quadri elettrici e apparecchiature di manovra in corrente alternata per media e alta tensione:

IEC 62271-1:2017 con Emendamento 1:2021 fornisce le specifiche comuni per quadri elettrici e apparecchiature di manovra in corrente alternata superiori a 1 kV.
IEC 62271-200:2021 con Emendamento 1:2024 si applica ai quadri elettrici prefabbricati in involucro metallico per corrente alternata con tensione superiore a 1 kV e fino a 52 kV inclusi. Può includere scomparti isolati in aria e riempiti di fluido.
IEC 62271-203:2022 si applica ai quadri elettrici in corrente alternata isolati in gas con involucro metallico per tensioni superiori a 52 kV.
Norma IEC 62271-100 copre gli interruttori automatici in corrente alternata.
IEC 62271-102 copre i sezionatori e i sezionatori di terra in corrente alternata.

L'elenco esatto degli standard dipende dal livello di tensione, dai componenti, dal tipo di installazione, dall'adozione regionale e dalle specifiche dell'acquirente. L'HGIS non è esente dai requisiti dei componenti o dell'assemblaggio semplicemente perché combina diverse tecnologie. Ogni funzione integrata e l'intero sistema devono essere specificati e verificati nell'ambito dello standard applicabile.

Questo articolo si concentra principalmente sulla selezione della tecnologia per le sottostazioni. Non deve essere confuso con la selezione di quadri a bassa tensione secondo la norma IEC 61439. Per questo argomento separato, consultare VIOX. Guida alla progettazione di quadri elettrici di bassa tensione secondo la norma IEC 61439. Se il confine terminologico non è chiaro, iniziare con Quadro di Distribuzione vs Quadro di Manovra.

Errori di specifica comuni

Trattare PASS come nome generico per HGIS

PASS è una famiglia di prodotti, mentre HGIS o apparecchiatura di manovra ibrida è la descrizione tecnologica generica. Utilizzare i requisiti funzionali e prestazionali nelle specifiche di gara.

Confrontare il prezzo dell'apparecchiatura invece del costo installato

Il GIS può sembrare costoso finché non vengono inclusi il terreno, le dimensioni dell'edificio, le opere civili e i vincoli di interruzione. Al contrario, un sito compatto non giustifica automaticamente il GIS laddove l'AIS è adatto e la contaminazione è gestibile.

Presumere che GIS significhi sempre SF6

Il mercato include ora soluzioni con gas alternativi e aria pulita. Specificare chiaramente i mezzi isolanti consentiti e i criteri ambientali.

Presumere che le apparecchiature in custodia non richiedano manutenzione

Il GIS riduce l'esposizione e la pulizia ordinaria, ma il monitoraggio, i meccanismi di manovra, i circuiti ausiliari, i sistemi a gas e le ispezioni specifiche del prodotto rimangono necessari.

Ignorare il futuro ampliamento

Una sottostazione adeguata oggi potrebbe diventare difficile da ampliare se non vengono pianificate le interfacce di sbarra, lo spazio, le zone di protezione e le sequenze di interruzione future.

Specificare la tecnologia prima di definire la disponibilità

La configurazione delle sbarre, i confini degli scomparti, la strategia di riparazione e il piano dei pezzi di ricambio spesso influenzano la continuità del servizio più direttamente dell'etichetta AIS/GIS.

Riepilogo della selezione finale

Scegliere AIS Quando il terreno è disponibile, l'esposizione ambientale è gestibile, l'accesso per la manutenzione convenzionale è preferito e la flessibilità per futuri ampliamenti è importante.

Scegliere GIS Quando lo spazio è estremamente limitato, le apparecchiature primarie devono essere protette dalla contaminazione, oppure un'installazione in interni, sotterranea o urbana giustifica un livello superiore di protezione dell'involucro e di integrazione del sistema.

Scegliere HGIS Quando un progetto richiede gran parte della compattezza e dell'integrazione di fabbrica del GIS, ma trae comunque vantaggio da sbarre isolate in aria e interfacce di sottostazione convenzionali. Rappresenta spesso una valida opzione per estensioni di impianti AIS, siti esterni con vincoli di spazio e tempi di costruzione ridotti.

La decisione finale dovrebbe basarsi su un ambito elettrico comune e su un confronto documentato del costo totale di installazione, disponibilità, condizioni ambientali, strategia di estensione, esposizione normativa e supporto durante l'intero ciclo di vita.

FAQ

Qual è la differenza principale tra AIS e GIS?

L'AIS utilizza l'aria atmosferica e le distanze fisiche come isolamento esterno principale tra le parti in tensione. Il GIS racchiude i principali componenti sotto tensione in scomparti metallici messi a terra contenenti un gas o una miscela di gas isolante. Ciò rende il GIS più compatto e meno esposto alla contaminazione, mentre l'AIS è generalmente più facile da ispezionare, modificare ed estendere.

L'HGIS è uguale al GIS?

No. Il GIS completo racchiude normalmente le funzioni di commutazione e il sistema di sbarre in scomparti metallici isolati in gas. L'HGIS racchiude diverse funzioni di campo in un modulo integrato, ma utilizza sbarre isolate in aria o connessioni esterne verso il resto della sottostazione.

Cosa significa PASS nel campo dei quadri elettrici?

PASS sta per Plug and Switch System. È il nome della famiglia di prodotti di Hitachi Energy per i quadri elettrici ibridi ad alta tensione. PASS è un esempio di HGIS, non il nome generico per ogni design di quadro elettrico ibrido.

Il GIS è sempre più affidabile dell'AIS?

Non universalmente. Il GIS è meno esposto a contaminazione e agenti atmosferici, ma l'affidabilità complessiva dipende anche dal design dell'apparecchiatura, dalla qualità dell'installazione, dalla compartimentazione, dalla disposizione delle sbarre, dalla manutenzione, dai ricambi e dalla capacità di riparazione. L'affidabilità e il tempo di ripristino dovrebbero essere valutati separatamente.

Quale costa di più, AIS o GIS?

L'AIS ha solitamente un costo iniziale dell'apparecchiatura inferiore. Il GIS ha comunemente un costo dell'apparecchiatura più elevato, ma può ridurre i requisiti di terreno, edifici e alcune opere civili. Il confronto corretto è il costo totale installato e il costo del ciclo di vita per la stessa funzione della sottostazione.

Tutti i quadri isolati in gas utilizzano SF6?

No. L'SF6 è stato ampiamente utilizzato, ma i moderni GIS possono utilizzare anche miscele di gas alternative, aria pulita e tecnologie di interruzione in vuoto. Il mezzo di isolamento e interruzione effettivo deve essere verificato nella documentazione tecnica del produttore.

Quale quadro elettrico è più facile da espandere?

L'AIS è generalmente più facile da estendere grazie alle sue interfacce convenzionali e accessibili. Il GIS può essere esteso, ma la compatibilità delle interfacce, i compartimenti a gas, il design del produttore, le modifiche alle protezioni e le interruzioni necessarie devono essere pianificati con attenzione. L'HGIS può essere utile quando si aggiunge una campata compatta a una sottostazione AIS esistente.

Quale norma IEC si applica al GIS?

Per il GIS in corrente alternata superiore a 52 kV, la norma di assemblaggio principale è la IEC 62271-203:2022. I quadri elettrici in corrente alternata sotto involucro metallico superiori a 1 kV e fino a 52 kV rientrano nella norma IEC 62271-200:2021 con l'Emendamento 1:2024. La IEC 62271-1 fornisce le specifiche comuni, mentre i singoli componenti sono coperti da altre parti della serie IEC 62271.