disjuntores de mÉdia tensÃo isolados a sf6 · nas últimas décadas, as reconhecidas vantagens...
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TECNOLOGIAS APLICÁVEIS AOS
PAINÉIS ELÉTRICOS DE MÉDIA TENSÃO
ISOLADOS A GÁS SF6
Esta apresentação tem por foco tecer algumas considerações
voltadas para as tecnologias do gás SF6 como meio isolante elétrico
nos painéis de M.T., nelas residindo a segurança das pessoas
e a continuidade operacional da planta.
Nesta perspectiva, são abordadas as principais características e as
vantagens obtidas ao se utilizar o SF6 no isolamento das instalações
industriais de média tensão.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Nas últimas décadas, as reconhecidas vantagens
técnicas e econômicas no emprego do gás SF6
nos equipamentos de altas tensões tornaram-se
bem claras, a exemplo da Subestações GIS.
Apenas para se ter ideia, 1/3 da produção
mundial do gás é atualmente utilizada nos
equipamentos elétricos.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Outro aspecto relevante: a continuada evolução
no consumo da energia elétrica, associada às
crescentes exigências da segurança pessoal
e a uma melhor qualidade no desempenho dos
equipamentos, determinaram a expansão e a
maior complexidade dos sistemas elétricos
industriais de média tensão.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Daí, é de se concluir que o sucesso no domínio das altas tensões contribuiu
para que a tecnologia do gás SF6 também tivesse êxito no campo das M.T.
Estes fatos incrementaram nos últimos anos o conhecimento desta tecnologia,
o que resultou nas reconhecidas melhorias ocorridas na performance e
qualidade do serviço dos equipamentos que a utilizam.
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ASPECTOS RELEVANTES
É de se admitir que o advento de novas
tecnologias no campo dos materiais isolantes
sintéticos (a exemplo da utilização do gás
SF6 como dielétrico), conferiram às
instalações elétricas de M.T. atributos de um
desempenho confiável, com possibilidade de
se adaptar a diversos tipos de instalações
caracterizadas por uma manutenção
praticamente inexistente.
ASPECTOS RELEVANTES
As soluções mecânicas e elétricas incorporadas com a
utilização do gás SF6 como meio isolante nos invólucros de média tensão
praticamente dispensaram as manutenções e verificação das suas partes ativas,
ainda que em regimes severos de operações.
Atualmente são usuais as instalações elétricas operando nos níveis de até 36 kV,
curto-circuitos da ordem de 16 a 25 kA e correntes nominais até 630 A.
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ASPECTOS RELEVANTES
Outro importante item a ser considerado em relação à utilização do gás SF6 nos
invólucros de média tensão diz respeito ao controle da estanqueidade da instalação.
Este é um fator essencial que permite minimizar as operações de manutenção,
além de conferir ao sistema elétrico uma notável segurança pessoal.
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ASPECTOS RELEVANTES
As reduzidas dimensões obtidas e as pressões relativas de funcionamento
(da ordem de 0,3 a 0,5 Bar) permitiram que os fabricantes implementassem
notáveis soluções no aperfeiçoamento técnico nos equipamentos.
Atualmente são disponíveis painéis selados, cujas fugas absolutas
são inferiores a 10-6 bar cc/s.
Nestas condições, os painéis são designados como possuindo o “sistema de pressão
selado, sem reenchimento ao longo de sua vida útil”, quando ensaiados
nos termos da Norma IEC 62271-200.
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ASPECTOS RELEVANTES
CARACTERÍSTICAS DO GÁS SF6
(HEXAFLUORETO DE ENXOFRE)
ESTRUTURA MOLECULAR
A estrutura química da molécula de SF6 é um
octaedro, cujos vértices encontram-se ocupados por
átomos de flúor, ligados covalentemente a um átomo
central de enxofre.
A molécula apresenta uma estrutura simétrica com
todas as ligações saturadas, o que explica a sua
notável estabilidade química.
RIGIDEZ DIELÉTRICA
O SF6 é um gás não inflamável, não tóxico, inodoro,
cuja densidade é cerca de 5 vezes superior à do ar;
Sua rigidez dielétrica à pressão atmosférica é cerca de
2,5 vezes superior à do Ar;
A figura ao lado confirma esta superioridade, mostrando
a rigidez dielétrica (kV pico) entre 2 eletrodos, em função
da pressão (atm.) do GÁS SF6 em relação ao Ar, em
um campo sensivelmente uniforme.
CARACTERÍSTICAS DO GÁS SF6
(HEXAFLUORETO DE ENXOFRE)
CONDUTIVIDADE TÉRMICA
A condutividade térmica do gás SF6 (quantidade de
calor Q, transmitida por unidade de tempo t, através de
um objeto de espessura L, em uma direção normal à
área de uma superfície A), ou seja, a habilidade do gás
em conduzir energia térmica, mostra que o mesmo
possui a característica de registrar crescentes valores
com a elevação da temperatura.
Esta característica justifica o excelente desempenho do
gás SF6 como meio de arrefecimento térmico.
Condutividade térmica do gás SF6
CARACTERÍSTICAS DO GÁS SF6
(HEXAFLUORETO DE ENXOFRE)
CALOR ESPECÍFICO
O calor específico do gás SF6, sendo cerca de 3,7 vezes mais elevado que o do ar,
implica em um menor aquecimento nas partes ativas dos equipamentos, permitindo
suas menores dimensões com as consequentes vantagens econômicas.
É de se ressaltar que este parâmetro responde pela rápida dissipação do calor
originado na região onde o gás SF6 se encontre instalado.
CARACTERÍSTICAS DO GÁS SF6
(HEXAFLUORETO DE ENXOFRE)
VANTAGENS DECORRENTES DA APLICAÇÃO
1 - SEGURANÇA PESSOAL
A segurança pessoal deve ser considerada como
sendo o item mais importante nas instalações
elétricas, uma vez que ele se relaciona com a
preservação da vida e a saúde das pessoas.
Neste particular, a utilização do gás SF6 vem de
encontro ao atendimento das reiteradas
recomendações da Norma NR 10.
VANTAGENS DECORRENTES DA APLICAÇÃO
1 - SEGURANÇA PESSOAL
Como o invólucro na média tensão é hermeticamente
fechado, são obtidos os benefícios da proteção contra
contatos diretos.
Os dispositivos auxiliares são acessíveis sem perigo,
uma vez que eles se localizam em compartimentos
metálicos independentes das partes de média tensão.
VANTAGENS DECORRENTES DA APLICAÇÃO
1 – SEGURANÇA PESSOAL
Uma vez que os invólucros têm como característica o
“sistema de pressão selado”, os mecanismos de
atuação tornam-se praticamente livres de manutenção,
o que resulta em uma maior segurança pessoal,
devido à estanqueidade apresentada ao longo de toda
sua vida útil.
VANTAGENS DECORRENTES DA APLICAÇÃO
2 - UTILIZAÇÃO EM AMBIENTES
AGRESSIVOS
O isolamento elétrico a gás SF6 é uma solução
adequada nas condições ambientais agressivas
(a exemplo da presença da umidade do ar, pós,
corrosão, ar salino, contaminação, etc.) uma
vez que os circuitos de M.T. ficam protegidos
contra a penetração destes agentes e ainda de
outros tais como animais de pequeno porte e
insetos..
VANTAGENS DECORRENTES DA APLICAÇÃO
3 – SALAS ELÉTRICAS COMPACTAS
Consideradas as reduzidas dimensões requeridas para
o isolamento do equipamento, a isolação SF6 nos
painéis de M.T. possibilita salas elétricas de dimensões
compactas e, consequentemente, de construção mais
econômica.
VANTAGENS DECORRENTES DA APLICAÇÃO
4 – INTEGRAÇÃO COM AS CÂMARAS A VÁCUO NA
INTERRUPÇÃO DOS CIRCUITOS
Uma solução técnica bastante interessante consiste na
integração entre o isolamento através do gás SF6 e os
dispositivos de interrupção via câmaras de extinção de
arco a vácuo.
Tais dispositivos complementam as vantagens
obtidas pelo isolamento a gás, considerando
tratarem-se também de componentes livres de
manutenção sob condições normais de operação.
VANTAGENS DECORRENTES DA APLICAÇÃO
5 – MEIO AMBIENTE
O impacto total ambiental nos equipamentos que utilizam o gás SF6 foi avaliado pela
técnica ACV (Análise do Ciclo de Vida) a qual, de acordo com a Norma ISO 14000,
compara todos os efeitos ambientais associados ao produto.
Os resultados apresentados mostraram que é possível minimizar a carga ambiental
com a utilização deste gás no equipamento.
Comparada com outros dielétricos de forma quantitativa, a carga ambiental gerada
pelo SF6 é expressivamente favorável.
A taxa de fuga do gás SF6 nos equipamentos em operação pode ser considerada
abaixo de 0,2%/ano, com base nas tecnologias atuais.
VANTAGENS DECORRENTES DA APLICAÇÃO 6 – RECICLAGEM
Alguns aspectos com relação à reciclagem do gás podem ser enumerados:
- O lançamento deliberado do gás na atmosfera deve ser evitado;
- O gás SF6 pode ser reciclado e sistematicamente reutilizado nos equipamentos;
- Os níveis de pureza do gás SF6 reciclado foram propostos através de Comitês
Internacionais (CIGRE, IEC) e serão incluídos em um padrão da Norma IEC a ser
revisto em um futuro próximo;
- A comercialização do gás SF6 está disponível para as exigências do isolamento de
todos os tipos de equipamentos;
- Apenas uma pequena fração do gás é contaminada a um grau que não permite sua
reutilização.
VANTAGENS DECORRENTES DA APLICAÇÃO
7 - VIDA ÚTIL
A vida útil dos equipamentos isolados a gás SF6 sob condições normais de
operação (incluídos os painéis elétricos) pode ser considerada como sendo da ordem
de 35 anos, podendo atingir 40 a 50 anos, uma vez que os mesmos incorporam
a estanqueidade em seu invólucro.
É de se observar, contudo, que a vida útil é limitada pelo número de operações
dos componentes instalados em seu interior, a exemplo dos disjuntores
(IEC 62271-100) e das chaves seccionadoras (IEC 62271-102).
ASPECTOS DAS TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO
- A proteção contra a penetração de corpos estranhos e impactos mecânicos no
tanque de SF6 confere aos equipamentos graus de proteção até IP 67;
- Face às reduzidas dimensões proporcionadas pelo isolamento, os componentes
principais (a exemplo da câmara a vácuo para interrupção dos circuitos,
os fusíveis, as chaves seccionadoras principal e de aterramento)
permitem um layout simples e amigável;
- A gama de acessórios inclui os sistemas de proteção, sinalização e comando.
ASPECTOS DAS TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO
De uma forma geral, os painéis isolados a gás SF6 são apropriados para instalação
interna e testados com base nas exigências da Norma IEC 62271-200;
Os circuitos de saída dos painéis permitem padronizações, com soluções
utilizando-se CÉLULAS MODULARES (possibilitando combinações que melhor
atendam ao usuário) e ainda as CÉLULAS COMPACTAS (mais econômicas);
ASPECTOS DAS TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO
Alguns exemplos de configurações da solução com CÉLULAS MODULARES:
Alimentadorcom
seccionadora e lâmina de terra
Alimentador com
seccionadora, lâmina de
terra e fusível
Alimentador com
seccionadora, lâmina de
terra e disjuntor
Medição com TC’s
e TP’s
Medição com TP’s
Saída de interligação
ASPECTOS DAS TECNOLOGIAS DE FABRICAÇÃO
Alguns exemplos de configurações da solução com CÉLULAS COMPACTAS:
Dois alimentadores com secionadora e lâmina de terra e
outro incluindo fusíveis
Dois alimentadores com seccionadora e lâmina de terra e
outro incluindo disjuntor
ALGUNS DOS COMPONENTES DOS PAINÉIS
Medidor de pressão
do gás SF6
Sinaleiro indicador da
presença de tensão
ALGUNS DOS COMPONENTES DOS PAINÉIS
Chave seccionadora Chave de aterramento
ALGUNS DOS COMPONENTES DOS PAINÉIS
Intertravamento entre a
seccionadora principal e a
chave de aterramento
Membrana de
segurança
ALGUNS DOS COMPONENTES DOS PAINÉIS
Dispositivo destinado a
conexão entre cubículos
Isoladores montados no invólucro, de
forma a garantir o direcionamento
para a terra das correntes circulando
através da chave de aterramento
ALGUNS DOS COMPONENTES DOS PAINÉIS
Sinótico, com indicação do “status”
da seccionadora principal e
respectiva chave de aterramento
Segurança pessoal com solução
plugada ou aparafusada na
entrada de cabos
CONCLUSÕES
A aplicação da tecnologia do isolamento via gás SF6 nas instalações de média
tensão é uma resposta satisfatória à “segurança pessoal” e ao “fator custo”,
este último muitas das vezes onerado pelas áreas de instalação requeridas, pela
frequência nas manutenções e pelas exigências na qualidade do serviço, aliado à
maior longevidade do equipamento mesmo em regime de severas utilizações.
Esta economia deve ser também creditada à automatização dos processos
industriais e à concepção da produção destes equipamentos de forma modular.
CONCLUSÕES
É oportuno ressaltar que o isolamento a gás SF6 nos equipamentos de média tensão
confirma uma tecnologia que já desfruta de uma longa tradição e experiência,
existindo mundialmente milhares de unidades instaladas, que operam já há mais
de quarenta anos de forma eficaz.
Pode-se afirmar, com absoluta segurança, que a aplicação do gás SF6
é a solução mais equilibrada e confiável no isolamento dos equipamentos
nos níveis de tensão até 36 kV.
A SENIOR ENGENHARIA agradece à ELIMSAN o apoio
por ela dado para a realização deste evento.
MUITO OBRIGADO A TODOS !