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progettare 434 NOVEMBRE / DICEMBRE 2020 79 GIS, il che rende il guasto invisibile. Pinggao Group, filiale della State Grid Corporation of China, sta u- sando la simulazione multifisica per studiare possibili soluzioni al fine di sviluppare un GIS efficiente, stabile e affidabile. Analizzare il guasto di isolamento del GIS Un GIS è molto più piccolo del- le sottostazioni tradizionali, grazie al suo migliore isolamento. Tutti i componenti del sistema sono rac- chiusi in un guscio metallico mes- so a terra che viene riempito con esafluoruro di zolfo (SF6), un gas inerte sintetico, per l’isolamento. La ragione per cui viene usato questo gas è che le sue capacità di isola- mento e di estinzione degli archi elettrici sono molto più elevate ri- spetto all’aria. Pertanto, la distanza tra i componenti all’interno del GIS può essere notevolmente ridotta. Quando un GIS funziona per un lungo periodo di tempo, le cariche elettriche si accumulano all’inter- faccia tra il gas isolante e le parti isolanti solide. Quando la carica elettrica raggiunge un certo livel- lo, le alte tensioni si accumulano e rompono l’isolamento del gas tra le diverse parti. Una scarica elettrica si libera anche lungo la su- perficie dell’isolante solido. Dopo una scarica parziale, il gas isolante ionizzato e le parti metalliche pro- durranno particelle decomposte, con conseguente rottura dei com- ponenti dell’isolamento. Il guasto di isolamento è un problema co- mune, che limita gli usi ingegneri- stici del GIS. Questo meccanismo di guasto è un problema com- plesso legato all’accoppiamento di molteplici fenomeni fisici, tra cui elettromagnetismo, trasferimento di calore e meccanica strutturale. Inoltre, ricorrere a esperimenti per indagare questo problema è diffici- La crescente domanda di energia elettrica ha ampliato le dimensioni della rete di distribuzione elettrica, con un conseguente aumento della richiesta di apparecchiature. Le sot- tostazioni di trasformazione sono una parte importante del sistema elettrico, che ha un impatto diretto sulla vita quotidiana delle persone. La funzione principale di una sotto- stazione è quella di trasformare la tensione e di ricevere e distribuire l’energia elettrica. Per ridurre al minimo le perdite di potenza nelle linee di trasmissione, le centrali elettriche usano una sottostazione di trasformazione per alzare la ten- sione prima di inviarla su lunghe distanze. Quando raggiunge la sua destinazione, la tensione deve esse- re ridotta in un’altra sottostazione di trasformazione prima della distri- buzione, per garantire la sicurezza dei consumatori. Una sottostazione di trasformazio- ne tradizionale comprende un gran numero di componenti elettrici, di- sposti in diversi locali a seconda delle loro funzioni. Poiché l’aria è utilizzata come mezzo isolante, i componenti della sottostazione so- no molto distanziati tra loro per ga- rantire che lo spazio vuoto soddisfi i requisiti di isolamento. Pertanto, questo tipo di sottostazione elettri- ca determina un ingombro molto elevato. Inoltre, molti componenti della sottostazione sono esposti a condizioni ostili e questo comporta un pesante carico di lavoro di ma- nutenzione. Un quadro isolato a gas con in- volucro metallico (GIS, mostrato nell’immagine di apertura dell’arti- colo), che è un moderno dispositivo di distribuzione ad alta tensione, potrebbe aiutare a risolvere questi problemi. Con un design ottimiz- zato e uno speciale gas isolante, il GIS integra in modo compatto tutti i componenti della sottostazione, a eccezione dei trasformatori. Rispet- to alle sottostazioni tradizionali, il GIS presenta molti vantaggi, co- me un minore impatto ecologico, dimensioni complessive ridotte, maggiore affidabilità e minori esi- genze di manutenzione, che l’hanno reso ampiamente utilizzato negli ultimi anni. Sebbene un GIS sia generalmente più affidabile di una sottostazione convenzionale, le cariche elettriche accumulate sulle superfici delle par- ti isolanti solide, come i rod, posso- no portare a guasti di isolamento dopo un funzionamento prolungato e causare gravi problemi di sicurez- za.Tuttavia, tutti i componenti sono racchiusi all’interno del sistema, quindi è molto difficile individuare e riparare il malfunzionamento del