DISJUNTORES DE MÉDIA TENSÃO ISOLADOS A SF6 · Nas últimas décadas, as reconhecidas vantagens...

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.


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.


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.



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



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.



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.


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.


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.


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..


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.


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.


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.


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.


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);


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


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


Chave seccionadora Chave de aterramento


Intertravamento entre a

seccionadora principal e a

chave de aterramento

Membrana de

segurança


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


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 !

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