Discussão sobre Técnicas de Construção para o Sistema de Alimentação de 20 kV em Ferrovias de Alta Velocidade

1. Visão Geral do Projeto
Este projeto envolve a construção da nova Ferrovia de Alta Velocidade Jakarta–Bandung, com um comprimento da linha principal de 142,3 km, incluindo 76,79 km de pontes (54,5%), 16,47 km de túneis (11,69%) e 47,64 km de terraplenes (33,81%). Quatro estações—Halim, Karawang, Padalarang e Tegal Luar—foram construídas. A linha principal da HSR Jakarta–Bandung tem 142,3 km de comprimento, projetada para uma velocidade máxima de 350 km/h, com espaçamento de dupla via de 4,6 m, incluindo aproximadamente 83,6 km de via sem lastro e 58,7 km de via com lastro. O sistema de alimentação de tração adota o método de alimentação AT (Autotransformador).

O fornecimento externo de energia utiliza um nível de tensão de 150 kV, enquanto o sistema interno de distribuição de energia utiliza 20 kV. Os braços de catenária e dispositivos de posicionamento para a ferrovia de alta velocidade adotam o design padronizado e simplificado da China. A China Railway Electrification Bureau é responsável pela aquisição de materiais, construção do sistema completo de energia e alimentação de tração para a HSR Jakarta–Bandung na Indonésia, bem como a parte de conexão de energia externa financiada por verbas provisórias.

2. Esquema de Design da Subestação de Distribuição de 20 kV
2.1 Conexão Elétrica Principal de 20 kV e Modo de Operação
A barra principal de 20 kV adota uma configuração de barra única segmentada por um disjuntor de ligação de barras com transferência automática de barras. É fornecida uma seção de barra de alimentação direta de 20 kV, que, após passar por um regulador de tensão, alimenta a linha de alimentação direta de carga geral de 20 kV e a linha de alimentação direta primária de 20 kV. O ponto neutro do regulador de tensão é aterrado através de um pequeno resistor, e não é instalado um disjuntor de bypass para o regulador de tensão.

Em operação normal, ambas as fontes de energia fornecem simultaneamente com o disjuntor de ligação de barras aberto. Se uma fonte de energia falhar, o disjuntor de entrada do lado desenergizado abre, e o disjuntor de ligação de barras fecha automaticamente, permitindo que a outra fonte de energia carregue toda a carga da subestação. Um dispositivo de compensação de potência reativa é instalado na seção de barra de alimentação direta de 20 kV, garantindo que o fator de potência no lado de entrada da subestação seja de pelo menos 0,9 após a compensação.

2.2 Plano de Layout
Todas as subestações de distribuição estão localizadas no mesmo edifício que os prédios operacionais e de moradia da área da estação no andar térreo, exceto a subestação do depósito de EMU Tegal Luar, que é construída independentemente como uma estrutura de um andar. Não são fornecidos andares intersticiais para cabos. O andar térreo inclui salas para o regulador de tensão (para alimentações diretas primárias e gerais), compensação de potência reativa, equipamento de aterramento neutro, equipamentos de comunicação, armazenamento de peças sobressalentes, equipamentos de alta tensão, sala de controle, sala de ferramentas e área de descanso. Os cabos dentro da subestação são instalados em canaletas de cabo.

As conexões entre a sala do regulador de tensão, a sala de compensação de potência reativa, a sala de equipamento de aterramento neutro e a sala de alta tensão são feitas por conduítes pré-embutidos. Localizada dentro da área da estação, a subestação não possui estradas de acesso ou vias de incêndio dedicadas. É fornecido um valo integrado ao ar livre, equipado com suportes para cabos; os cabos de entrada e saída são roteados através deste valo, com cabos de energia e baixa tensão/controle instalados em lados opostos do valo. Outras seções utilizam canaletas de cabo e instalações de conduítes.

3.Preparação da Construção

• Levantamento Topográfico: Antes da construção, o contratante deve realizar uma pesquisa de campo com base nos documentos de projeto aprovados e dados relevantes, e preparar um relatório de levantamento topográfico que cubra terreno, geologia, transporte rodoviário, condições de edifícios de equipamentos e roteamento de valo integrado.

• Verificação de Desenhos de Construção: O contratante deve verificar os desenhos de construção aprovados no local e confirmar sua precisão antes de usá-los. Quaisquer discrepâncias devem ser relatadas imediatamente ao cliente, designer e engenheiro fiscal para resolução.

• Com base no levantamento e desenhos verificados, o contratante deve desenvolver um plano de implementação detalhado e um manual de instruções de trabalho para a subestação de distribuição, definindo claramente padrões de processo, requisitos de controle de qualidade e necessidades de interface para procedimentos críticos, e realizar briefings técnicos baseados em códigos QR nomeados.

• Otimização BIM: Durante a fase inicial da construção, a tecnologia BIM deve ser usada para simular a instalação de equipamentos e o roteamento de cabos na subestação de distribuição de 20 kV. Isso permite a otimização do layout de equipamentos e arranjos de valo/canais dentro do edifício, simulação do roteamento de cabos em valos de cabos internos e externos, otimização de caminhos de cabos e determinação precisa das localizações dos suportes. As capacidades de visualização e simulação do BIM ajudam a evitar conflitos espaciais durante a construção e melhoram a eficiência.

4.Otimização de Detalhes do Processo
4.1 Layout de Valo de Cabos na Subestação de Distribuição
A subestação é uma estrutura de um andar, e os valos de cabos ramificados para salas individuais de equipamentos são eliminados. Entre as fundações na sala do regulador de tensão, na sala do reator e na sala de aterramento com pequeno resistor e as salas de alta tensão/controle, são usados conduítes de aço pré-embutidos, estendendo-se até o valo de cabos da sala de alta tensão até a altura do segundo nível de suporte de cabos a partir do fundo. Para facilitar a puxada de cabos, o conduíte pré-embutido entre o valo integrado externo e o valo de cabos da sala de alta tensão é otimizado em forma de valo, com placas de passagem de parede instaladas nas travessias de parede.

4.2 Instalação de Barra na Sala do Regulador de Tensão
O suporte de terminação de cabo horizontal de camada única original na sala do regulador de tensão foi otimizado adicionando uma braceira de aço angulado abaixo do suporte horizontal para aumentar a estabilidade e evitar tremores. Os cabos entram no regulador de tensão pelo topo, com suportes instalados a uma altura de 2.500 mm. A camada de blindagem e a couraça das terminações de cabos de alta tensão são aterradas separadamente.

 Todas as estruturas de suporte estão conectadas ao condutor principal de aterramento usando barras de aço plano ou redondo. Barras coletoras de cobre conectam as terminações dos cabos aos terminais do regulador de tensão, protegidos por tubulação retrátil de calor irradiado com marcações de cor de fase. Para monitoramento operacional, é instalada uma barreira de malha de aço inoxidável em forma de L com uma porta de manutenção de aço inoxidável (equipada com um travamento eletromagnético que se desbloqueia apenas quando o disjuntor de alta tensão está aberto). A barreira e a porta são posicionadas para garantir a segurança das pessoas e manter as distâncias necessárias entre partes vivas.

4.3 Instalação de Suportes de Cabos
A simulação prévia de lançamento de cabos baseada em BIM permitiu roteamento segregado: o lado da fonte de energia 1, o lado da fonte de energia 2, o lado do alimentador primário e o lado do alimentador geral são lançados em lados separados do valo, evitando que uma falha em uma linha de energia danifique a outra. Os raios de curvatura dos cabos são respeitados, e o posicionamento preciso de cada cabo nos suportes determinou o tipo e a localização ótimos dos suportes.

 A detecção de colisões no BIM ajustou as alturas dos suportes para evitar cruzamentos de cabos. Todas as travessas horizontais dos suportes estão alinhadas no mesmo plano, com desvios centrais ≤5 mm. Os suportes são fixados em placas de aço pré-embutidas nas paredes do valo, com a parte inferior dos suportes ≥150 mm acima do piso do valo. No valo de utilidades integradas, os suportes de cabos são aterrados usando aço plano de 40 mm × 4 mm, com duas hastes de aterramento conectadas ao sistema de aterramento integrado.

4.4 Construção de Lançamento de Cabos

• Princípio de Arranjo de Cabos: Cabos de diferentes níveis de tensão devem ser arranjados de cima para baixo na ordem de cabos de energia de alta tensão, cabos de controle e cabos de sinal. Cabos de diferentes classificações ou os dois circuitos de cargas primárias não devem ser colocados no mesmo nível de suporte.

• Refinamento do Projeto: Com base em desenhos, as técnicas de lançamento de cabos permitem um refinamento mais profundo do projeto, possibilitando um plano de construção completo e sistemático que garante a integração suave do fluxo de trabalho e melhora o controle de segurança e qualidade.

• Cálculo da Força de Tração: As máquinas de tração são posicionadas no ponto final, com alimentadores de cabos colocados aproximadamente a cada 1 m. Com base na experiência, 10 cm adicionais são incluídos nas curvas para o cálculo da força de tração.

• Inspeção no Local: Antes do lançamento, inspecione as condições de instalação do equipamento. Certifique-se de que a força de tração permaneça abaixo da resistência à tração permitida do cabo. Realize verificações de segurança nas máquinas de lançamento de cabos e faça uma pesquisa no local para confirmar a colocação das bobinas de cabos; ajuste imediatamente se os padrões não forem atendidos.

• Execução do Lançamento de Cabos: Antes do lançamento, prepare etiquetas e numeração com base em desenhos por técnicos qualificados. A supervisão no local garante a rota correta dos cabos e o uso correto do modelo. Durante o lançamento mecânico, os cabos não devem mostrar achatamento da armadura, torção ou dano na capa. Use uma guindaste para posicionar a bobina de cabo, apoiada por um suporte de desenrolamento dedicado para permitir o desenrolamento pela parte superior e evitar atrito com o solo. Instale garras de tração nas terminações antes da tração. Técnicos qualificados devem supervisionar a operação do equipamento e a colocação das máquinas alimentadoras: uma máquina de tração principal no ponto final, alimentadores espaçados a 80–100 m e polias de grande raio nas curvas.

• Fixação de Cabos: Após o lançamento, fixe os cabos nos pontos de início/fim e ambos os lados das curvas, com intervalos de fixação de 5–10 m. Aplique o princípio de "lançar um, amarrar um" e reafixe os cabos a partir do ponto de início para trás. Para cabos em bandejas, pendure tags de identificação em ambos os lados, curvas e interseções; em seções retas, tags a cada 20 m. As tags devem exibir uniformemente o número do cabo, especificação, pontos de início/fim e tensão.

• Inspecção do Circuito de Cabos: Após o lançamento, inspecione todo o circuito de cabos, componentes associados e instalações. Verifique a precisão das tags, verifique a falta/erro de instalação e confirme a conformidade com a qualidade. Para garantir a operação segura:

• Instale divisórias entre cabos AC/DC ou circuitos de diferentes tensões quando não compartilharem a mesma bandeja;

• Certifique-se de que todas as tampas de valo estejam no lugar e que os valos estejam livres de obstruções e água;

• Realize testes de resistência dielétrica e corrente de fuga conforme os padrões;

• Verifique o alinhamento dos terminais e a compatibilidade da grade durante a aceitação.

4.5 Medidas Retardantes de Chama e Anti-Incêndio
Todas as penetrações entre compartimentos de incêndio, entradas de edifícios, lajes e aberturas sob gabinetes de alta/baixa tensão devem ser vedadas contra incêndio. Os materiais de vedação contra incêndio devem estar em conformidade com os padrões indonésios de desempenho, métodos de teste, especificações técnicas gerais para revestimentos retardantes de chama para cabos e requisitos técnicos para envoltórios retardantes de chama. Cabos retardantes de chama são usados internamente. Cabos não retardantes de chama que entram na subestação devem ser envoltos com fita retardante de chama ou revestidos com tinta anti-incêndio.

5. Construção Integrada e Manutenção
Durante a construção, as unidades de operação e manutenção foram envolvidas precocemente para alinhar os padrões de construção e manutenção, estabelecendo a base para uma HSR de alta qualidade, estética e ecológica. Por um lado, a coordenação estreita com a entidade de recebimento durante as apresentações de design, revisões de especificações e reuniões de ligação técnica ajudou a refinar os padrões de processo e os requisitos de desempenho do equipamento/materiais com base na experiência operacional. Por outro lado, durante a construção—enquanto atendia aos requisitos de design e código—os processos foram otimizados do ponto de vista da segurança operacional e da manutenibilidade, incluindo melhorias nos valos de cabos, acesso à manutenção de cabos, caixas de junção, aterramento, barreiras de proteção de malha e sinalização, melhorando assim a segurança operacional e a qualidade física.

6. Conclusão
Em resumo, as tecnologias de construção para sistemas de energia de alta velocidade (HSR) continuam a avançar, com mais engenheiros aplicando conceitos integrados a projetos HSR. Atualizações na tecnologia eletromagnética, otimização rápida do BIM e sistemas de alerta precoce melhorados todos apóiam o desenvolvimento da integração dos "Quatro Elétricos" (energia, sinalização, telecomunicações e tração) do HSR. Este artigo tem como objetivo fornecer insights significativos para o avanço adicional dessas tecnologias.