Il divieto di SF6 parte dal busbar: l'isolamento si sposta su aria e vuoto

1. Il regolamento, in parole semplici

Prima pubblicazione 2026-11-06 · Ultimo aggiornamento 2026-11-12

Questa pagina è una pagina di dati a rotazione annuale: edizione 2026, aggiornata una volta all'anno man mano che vengono pubblicati nuovi dati di mercato.

Il Regolamento (UE) 2024/573 ha sostituito le precedenti regole sui gas fluorurati e ha fissato due date che contano per i progettisti di quadri. Le nuove apparecchiature a media tensione fino a 24 kV non possono essere immesse sul mercato UE con gas fluorurati a effetto serra a partire dal 1 gennaio 2026. Le apparecchiature tra 24 kV e 52 kV seguono il 1 gennaio 2030. Le apparecchiature ad alta tensione hanno un percorso successivo ma la direzione è la stessa.

L'effetto pratico è che le classi di distribuzione 12 kV e 24 kV — il volume del mercato — sono passate a aria, vuoto o g3 quest'anno. ABB, Siemens Energy e Schneider Electric pubblicano tutte gamme SF6-free per queste classi; le differenze ingegneristiche tra di esse stanno in gran parte nel modo in cui il busbar è disposto e raffreddato.

Il campo di applicazione conta quanto la data. La restrizione si applica all'immissione sul mercato di nuove apparecchiature, quindi un quadro assemblato prima del 2026 e tenuto in magazzino può ancora essere venduto, ma un nuovo progetto specificato dopo la scadenza non può usare SF6 qualunque sia la sua data di messa in servizio. Il servizio e la manutenzione delle apparecchiature SF6 esistenti restano consentiti, e il gas recuperato deve essere gestito secondo lo stesso regolamento. Per un costruttore di quadri ciò significa due linee prodotto parallele per diversi anni, e due progetti di busbar diversi che condividono una fabbrica.

2. Perché l'SF6 faceva più che isolare

L'SF6 è un gas elettro-negativo: cattura gli elettroni liberi e sopprime l'avalanche che porta al breakdown. Alle tipiche pressioni dei quadri, la sua rigidità dielettrica è circa tre volte quella dell'aria a parità di gap. Assorbe bene anche l'energia dell'arco e si ricombina dopo l'arco, ecco perché lo stesso gas poteva isolare e interrompere.

Rimuovilo e due problemi si separano. L'interruzione si sposta sul vuoto, che è un problema risolto per la media tensione. L'isolamento non ha un sostituto altrettanto economico: l'aria secca richiede pressioni più alte o percorsi più lunghi, le miscele g3 richiedono handling diverso, e l'isolamento solido sposta il campo in un dielettrico che non può autorigenerare. Ognuna di queste vie cambia l'aspetto del busbar.

La fisica spiega perché il sostituto è difficile. Le molecole di SF6 catturano gli elettroni liberi per formare ioni negativi pesanti, che migrano troppo lentamente per avviare il passo successivo di ionizzazione. Ecco perché la rigidità dielettrica effettiva sale così rapidamente con la pressione e perché un gap di 40 mm in SF6 regge ciò che un gap di 120 mm regge in aria. Il vuoto rimuove il gas del tutto e si basa sul fatto che il percorso libero medio sia più lungo del gap, il che funziona bene per l'interruzione ma richiede che i contatti stiano dentro un involucro sigillato in cui il busbar non può entrare facilmente.

3. Progetti isolati in aria: la distanza in aria ritorna

In un modulo isolato in aria il busbar è di nuovo in aria aperta, dietro barriere, a pressione atmosferica. Le distanze fase-fase e fase-terra che erano 40–60 mm in SF6 diventano 100–150 mm a 24 kV a seconda del grado di inquinamento e del livello di impulso. La geometria della sbarra segue: barre più strette distanziate di più, più isolatori di supporto, percorsi di creepage più lunghi sulle sezioni isolate.

È qui che si concentra il lavoro di progetto. Una sbarra compatta che entrava nel vecchio serbatoio ora forza un involucro più grande, il che cambia le dimensioni di spedizione e l'ingombro a terra in una sottostazione. Quando l'involucro non può crescere, i progettisti alzano invece il livello di isolamento della sbarra: dielettrico più spesso, più strati, grading del campo alle estremità. La nostra guida al progetto espone l'aritmetica per entrambe le vie.

I numeri delle distanze in aria non sono l'intera storia. I progetti isolati in aria devono anche controllare il campo sulla superficie del conduttore, perché uno spigolo vivo o una bava alza il campo locale di un fattore due o tre e fa partire la corona ben sotto la tensione di tenuta. Ecco perché i busbar isolati in aria ottengono profili arrotondati, estremità schermate e una finitura superficiale priva di sporgenze, e perché una sbarra che era accettabile in un serbatoio a gas spesso deve essere rilavorata per un modulo in aria.

4. Alternative a gas: pressione, miscela e particelle

I GIS a g3 e aria secca mantengono l'ingombro ridotto ma cambiano l'ambiente interno. L'aria secca a 1,3–1,6 bar di pressione relativa ripristina gran parte della rigidità dielettrica, ma alza anche il trasferimento termico convettivo dentro il serbatoio e cambia il bilancio del rialzo termico. Le miscele g3 si comportano più vicine all'SF6 ma richiedono un controllo dell'umidità più stretto e un handling del gas diverso in fabbrica.

La conseguenza per il busbar è la sensibilità alle particelle. Una particella metallica libera che starebbe innocua in SF6 può innescare il breakdown in aria secca alla stessa intensità di campo, quindi le superfici del busbar devono essere più lisce, gli anelli schermanti diventano obbligatori nei punti ad alto campo, e la fabbrica deve dimostrare la pulizia, non solo la tenuta. La misura delle scariche parziali passa da prova di tipo a prova di routine su ogni serbatoio. Vedi prove sulle scariche parziali per i metodi di rilevamento che funzionano su un'unità sigillata.

La pressione è una variabile di progetto, non un valore fisso. L'aria secca a 1,5 bar di pressione relativa raddoppia approssimativamente la rigidità dielettrica rispetto all'aria atmosferica, il che recupera gran parte della compattezza persa senza SF6, ma alza anche il requisito di punto di rugiada: l'umidità che sarebbe innocua a pressione atmosferica condensa alla pressione parziale più alta durante una notte fredda. Il monitoraggio della qualità del gas passa quindi da compito di manutenzione a controllo di produzione di routine, e la pulizia superficiale della sbarra diventa parte del sistema di isolamento piuttosto che un attributo estetico.

5. L'interruzione nel vuoto sposta il carico termico

I interruttori sotto vuoto sono compatti e resistenti all'arco, ma conducono il calore attraverso i contatti nel collegamento al busbar piuttosto che dissiparlo nel gas. In un serbatoio sigillato il terminale del busbar diventa il punto caldo: l'involucro dell'interruttore opera a 90–110 °C dopo un'interruzione di guasto, e la sbarra in rame bullonata ad esso conduce quell'impulso nel laminato o nella barriera in resina epossidica.

I progettisti gestiscono questo aggiungendo massa termica al terminale, spostando il collegamento del busbar lontano dal corpo dell'interruttore, o accettando un margine di rialzo termico più alto e verificandolo. I limiti della IEC 61439-1 sono scritti per le assemblee, non per il transitorio dopo un guasto, quindi la specifica deve dichiarare quale condizione si sta testando. La nostra nota sulla gestione termica fornisce i valori di resistenza di interfaccia che decidono quanto dell'impulso raggiunge la sbarra.

Il transitorio è breve ma il danno è cumulativo. Un'interruzione di guasto può spingere il corpo dell'interruttore sopra i 100 °C per alcuni secondi; il terminale in rame bullonato ad esso conduce quel calore nel laminato, e la rigidità dielettrica del laminato cade mentre la sua temperatura sale. Un giunto che passa un test dielettrico a freddo può quindi fallirne uno a caldo. Specificare la verifica dielettrica alla temperatura massima prevista del conduttore, non a ambiente, è la misura che individua questo.

6. Il rialzo termico diventa il vincolo stringente

In un serbatoio SF6 il gas conduce il calore via dalla sbarra efficientemente e l'involucro resta compatto. In aria, la convezione naturale dentro un modulo chiuso è più debole, e la sbarra opera più caldo a parità di corrente. Aggiungi il fatto che i progetti SF6-free spesso impacchettano più funzioni nello stesso ingombro e il margine di rialzo termico scompare.

Esistono due leve. Aumentare la sezione di rame, che costa materiale e spazio, o migliorare il percorso dalla sbarra all'involucro. In pratica la seconda leva è più economica: una sbarra legata a un dissipatore in alluminio che contatta la parete del modulo può abbassare di 10–15 K al terminale rispetto a una sbarra che sta in aria ferma. Il compromesso è meccanico: il dissipatore non deve compromettere le distanze in aria né introdurre una seconda interfaccia di isolamento.

La pratica di verifica differisce tra prova di tipo e controllo di routine. La prova di tipo stabilisce la curva di rialzo termico per il progetto in un involucro di prova; il controllo di routine conferma solo che l'unità di produzione si comporta come quella collaudata a tipo. Per i progetti SF6-free il divario tra i due si è allargato, perché il flusso d'aria interno è più sensibile a piccole variazioni costruttive come un deflettore fuori posizione o un passacavo lasciato aperto. Una verifica periodica su un campione dalla linea, non solo sul primo articolo, è il compromesso pratico.

7. La geometria del busbar che l'aria impone

Tre regole geometriche compaiono in quasi ogni retrofit isolato in aria. Primo, le barre rettangolari sono orientate con la faccia larga verticale dove la convezione conta, perché lo strato limite è più sottile su una superficie verticale. Secondo, le curve sono distanziate dalle barriere di almeno la distanza in aria più una tolleranza di fabbricazione, dato che una curva concentra il campo. Terzo, l'ordine delle fasi è disposto così che la coppia a campo più alto sia quella con il gap più grande, il che di solito significa interfoliare piuttosto che condurre tratte parallele.

Queste regole sono in conflitto con la compattezza, e la risoluzione è di solito una sbarra laminata con uno schermo interno o una sbarra isolata solida con un rivestimento conduttivo alle estremità. Entrambe alzano il costo. La sezione sulla distribuzione dell'energia copre come la disposizione interagisca con le forze di cortocircuito, che crescono con la distanza.

8. Le forze di cortocircuito in una disposizione più larga

La forza elettrodinamica tra barre parallele scala con il quadrato della corrente e inversamente con la distanza. Allargare il gap per soddisfare la distanza in aria riduce la forza su una singola coppia, il che suona utile, ma l'involucro più grande spesso significa campate non supportate più lunghe e barre più pesanti, e il momento flettente a un supporto può salire anche mentre la forza scende.

Il controllo di progetto quindi va fatto sulla disposizione dei supporti, non sulla sbarra da sola. La forza di picco a 25 kA rms asimmetrica può superare i 2 kN per metro su una coppia di barre da 40 mm a 100 mm di distanza; un supporto a 400 mm di spaziatura vede un momento che un laminato da 3 mm non regge senza un irrigidimento. La libreria delle normative elenca i clausolati di cortocircuito della IEC 61439-1 che definiscono la prova.

La spaziatura dei supporti è dove il calcolo di solito fallisce. Una sbarra può trasportare la corrente e passare il rialzo termico, poi piegarsi permanentemente a un supporto perché il braccio del momento è stato preso dal disegno dell'involucro piuttosto che dall'unità assemblata. La forza di picco a 25 kA asimmetrica su una coppia di barre 40×10 mm a 100 mm di distanza è dell'ordine di 2 kN per metro, e una campata di 400 mm converte ciò in una tensione di flessione che un laminato sottile non regge senza un irrigidimento o un supporto più ravvicinato.

9. Coordinamento dell'isolamento e la questione del grado di inquinamento

Lo switchgear isolato in aria in una sottostazione di distribuzione è esposto a polvere, umidità e occasionale condensa. Il grado di inquinamento 3 è comune per installazioni esterne o semi-esterne, e cambia i requisiti di creepage del 25–40% rispetto al grado 2. I progetti SF6-free non possono nascondersi dietro un involucro a gas sigillato, quindi le sezioni isolate del busbar portano il peso.

Misure pratiche: rivestimento idrofobo sulla superficie in resina epossidica o laminato, nervature aumenta-creepage alle estremità, e un alloggiamento che tiene l'acqua lontano dalle superfici orizzontali. Tutte aggiungono fasi di processo, e tutte devono sopravvivere alla prova dielettrica di fabbrica senza scariche parziali oltre il limite. La nostra nota sul progetto dei collegamenti include la tabella dei creepage per i gradi di inquinamento comuni.

Il grado di inquinamento è di solito assegnato all'installazione, non al componente, ma il busbar ne vede la conseguenza. Una sottostazione interna in una città costiera può essere grado 3 a causa del deposito salino, anche se la stanza sembra pulita. La risposta pratica è un rivestimento idrofobo più un profilo di creepage con nervature, e una revisione di progetto che presume che la condensa si verifichi almeno una volta all'anno sulla superficie più fredda del modulo.

10. Cosa deve collaudare la fabbrica ora

Il menu di prove cambia. Nei moduli SF6, la tenuta stagna e la qualità del gas erano di routine; nei moduli aria e g3 gli equivalenti sono pulizia, umidità e scariche parziali. Una routine pratica per un modulo SF6-free da 24 kV: tenuta a frequenza industriale alla tensione di prova specificata per un minuto, misura PD a 1,2× la tensione di esercizio con un limite nell'ordine delle poche pC per la sezione di busbar, e una corsa di rialzo termico a corrente nominale fino a stabilizzazione.

La prova PD è quella che fallisce più spesso per prima, perché l'isolamento in aria non ha margine di autorigenerazione e un void da 0,1 mm in una barriera colata si manifesta. I fornitori che trattano la PD come sola prova di tipo consegneranno unità che passano la tenuta e falliscono in servizio dopo un anno di ciclica termica. Scrivi la prova PD di routine nella specifica di acquisto.

Come si comporta lo stesso compito di isolamento a 800 V DC in un involucro di ricarica veicolare è un caso separato, trattato nell'analisi del busbar da stazione di swap. E una volta che l'unità è in servizio, il controllo sul campo che individua un giunto alla deriva è termico, non elettrico: vedi i criteri per il rilevamento infrarosso per i limiti di delta-T che si applicano dentro un modulo sigillato.

La corsa di rialzo termico merita una nota sulla strumentazione. Le termocoppie sulla superficie della sbarra misurano la superficie, non il conduttore, e una sbarra con uno strato isolante spesso può leggere 10 K più fredda del rame sottostante. Incorporare un sensore nel terminale, o usare la misura di resistenza per ricavare la temperatura media del conduttore, dà un numero confrontabile con i limiti della norma. Le letture superficiali sono utili per trovare il punto caldo; non sono il criterio di passaggio.

11. Conseguenze per l'approvvigionamento: cosa cambia nel pacchetto disegni

Tre campi del disegno cambiano quando una piattaforma passa da SF6 a aria o g3. La tabella di coordinamento dell'isolamento acquisisce un grado di inquinamento e una classe di umidità. La nota sul rialzo termico acquisisce l'ambiente interno del nuovo involucro, che è spesso 10 K più alto del vecchio serbatoio. La sezione prove acquisisce un requisito PD di routine e un criterio di accettazione sulla pulizia.

I fornitori che hanno costruito solo sbarre dell'era SF6 quoteranno sui vecchi campi e mancheranno tutti e tre. Il processo da primo articolo a serie è un modo utile per forzare la conversazione: il primo articolo è collaudato contro i nuovi campi prima di impegnare gli attrezzi, e il delta è visibile presto piuttosto che durante la rampa di serie.

Un altro campo del disegno cambia: il volume di gas o aria e la pressione nominale, che determinano il progetto meccanico dell'involucro e la sua classe di spedizione. Un GIS ad aria secca a 1,5 bar ha un'argomentazione da recipiente a pressione che un modulo in aria non ha, e quell'argomentazione arriva fino ai supporti del busbar e alla tenuta dei passanti della barriera. I fornitori che hanno costruito solo sbarre per aria aperta mancheranno del tutto il requisito di tenuta.

12. Una matrice decisionale per le tre vie

Modulo isolato in aria: costo del gas più basso, ingombro maggiore, manutenzione più facile, migliore per la distribuzione 12–24 kV in edifici e industria leggera. GIS ad aria secca: compatto, richiede monitoraggio pressione e controllo particelle, adatto a sottostazioni urbane vincolate. GIS a g3: più vicino al comportamento legacy, minore sforzo di riprogetto, ma l'handling del gas e le regole di fine vita si applicano ancora. Isolamento solido: distanza in aria più piccola, controllo di processo dielettrico più alto, adatto a prodotti sigillati dove la sbarra non viene mai manutenuta.

Ogni via cambia una linea di costo diversa: ingombro a terra, handling del gas o controllo di processo. La differenza di costo del busbar tra di esse è più piccola della differenza di costo dell'involucro e delle prove, ecco perché la decisione di solito viene presa a livello di piattaforma ed ereditata dal componente.

13. Dove questo lascia i fornitori nel 2026

La scadenza del 2026 ha spostato una grande base installata di prodotti 12 kV e 24 kV in riprogetto contemporaneamente. Per i costruttori di busbar il lavoro è ingrato: più creepage, più schermatura, PD più strette, finitura superficiale migliore, pulizia documentata. È anche lavoro appiccicoso, perché una sbarra SF6-free qualificata non è intercambiabile con una legacy e i dati di qualificazione hanno una vita a scaffale.

I fornitori che possono fornire i dati PD, la corsa di rialzo termico e i registri di pulizia manterranno il business dopo la prima gara. Quelli che quotano sul peso del rame da soli vinceranno il primo ordine e perderanno il secondo. Per una revisione di una disposizione specifica da 24 kV, il percorso di contatto ingegneristico è più veloce di uno scambio di disegni.

La pressione normativa raramente si ferma a una classe. La data 24–52 kV del 2030 sta già guidando il riprogetto all'estremità superiore della media tensione, e le apparecchiature ad alta tensione sono su un percorso più lungo ma simile. I fornitori che qualificano ora i loro processi di busbar ad aria e g3 saranno chiamati a ripetere l'esercizio per un involucro più grande tra tre anni, e la conoscenza di processo, dalla pulizia alle scariche parziali alla finitura superficiale, si trasferisce anche quando la geometria non lo fa.