TECNOLOGIAS APLICÁVEIS AOS PAINÉIS ELÉTRICOS DE MÉDIA TENSÃO ISOLADOS A GÁS SF6

TECNOLOGIAS APLICÁVEIS AOS PAINÉIS ELÉTRICOS DE MÉDIA TENSÃO ISOLADOS A GÁS SF6

CONSIDERAÇÕES INICIAIS 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.

ASPECTOS RELEVANTES 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..

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.

. 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.

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..

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.

CARACTERÍSTICAS DO GÁS SF6 (HEXAFLUORETO DE ENXOFRE) 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.

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: Alimentador com 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!