Análise Comparativa de Subestações Pré-fabricadas de 500 kV vs. Subestações Convencionais
A área de equipamentos secundários das subestações convencionais utiliza estruturas de concreto armado ou pré-fabricadas de aço, enfrentando problemas como ciclos de construção longos, design de zonas funcionais irrazoável, avaliações ambientais rigorosas, poeira, ruído e perturbações. Os equipamentos primários e secundários só podem ser instalados após a conclusão das obras civis e decoração, diminuindo a eficiência da construção.
As subestações em cabines pré-fabricadas integram modularidade, inteligência e custo-efetividade, apresentando vantagens verdes, econômicas de energia e eficientes. Elas abordam os problemas das subestações convencionais, como altos custos, prazos longos, manutenção difícil, cargas de trabalho excessivas e qualidade inferior.
A cabine pré-fabricada da subestação de 500 kV usa novos painéis de isolamento a vácuo e materiais de armazenamento de energia por mudança de fase. Esses materiais garantem o funcionamento confiável dos equipamentos, reduzindo o consumo de energia. Este artigo estuda a disposição, impermeabilização, sistemas de HVAC e proteção contra incêndio da cabine pré-fabricada, comparando-os com as zonas funcionais das subestações convencionais para fornecer parâmetros para estratégias futuras de operação e manutenção.
1 Disposição Geral
1.1 Disposição Plana
Na subestação de 500 kV, a proteção de linha de 220 kV, a proteção diferencial de barras, a proteção de carga de seção-barramento-acoplador e os painéis de medição e controle são todos integrados e dispostos na cabine pré-fabricada secundária (para a disposição específica dos painéis, ver Figura 1). Esta cabine pré-fabricada secundária é disposta nas proximidades da área de equipamentos de GIS de 220 kV.
Comparado com a sala de proteção secundária convencional, a cabine pré-fabricada secundária realiza a construção, comissionamento e finalização simultâneos dos painéis de proteção e medição-controle, bem como dos sistemas de iluminação e HVAC (aquecimento, ventilação e ar condicionado) da cabine, o que reduz significativamente o período de construção.
1.2 Estrutura da Cabine Pré-fabricada
O exterior da cabine pré-fabricada usa painéis de cimento fibrado (FC). Suas paredes com estrutura de aço têm colunas H de aço espaçadas a 3 m, com aço resistente à intempérie tipo C ou aço em U para suporte. As camadas da parede, de fora para dentro, são: painéis FC de 12 mm, selantes de polietileno, placas de aço laminado a frio de 2 mm, esqueletos preenchidos com lã de rocha e painéis de alumínio-plástico de 4 mm. O teto em forma de losango de aço inoxidável é soldado ao quadro, com drenagem bilateral integrada no teto. Um teto falso isolado com lã de rocha está abaixo.
A envoltória emprega painéis de isolamento a vácuo e materiais de mudança de fase (PCM). Os painéis a vácuo reduzem o uso de energia do AC no verão em 25% e no inverno em 50%. As propriedades de mudança de fase dos PCM equilibram as temperaturas, absorvendo calor durante o dia e liberando-o à noite.
1.3 Fiação Interna da Cabine Pré-fabricada
A cabine pré-fabricada adota fiação oculta interna. Uma rede de amarração de fios ou uma estrutura de caixa-tronco é disposta na intercamada inferior da cabine, usada para fixar e amarrar cabos e fibras ópticas. A estrutura de caixa-tronco tem uma camada superior e uma inferior, permitindo a instalação separada de cabos e fibras ópticas. A estrutura inferior da cabine pré-fabricada é mostrada na Figura 2.
Além disso, canaletas para cabos de energia também são instaladas nas intercamadas ao redor da cabine perto das paredes, alcançando a separação física de eletricidade forte e fraca. O fabricante da cabine deve seguir estritamente os tipos de cabos especificados para instalar todos os cabos dos terminais às caixas de distribuição, garantindo a padronização e consistência da fiação.
Além disso, canaletas para cabos de energia também são instaladas nas intercamadas ao redor da cabine perto das paredes, alcançando a separação física de eletricidade forte e fraca. O fabricante da cabine deve seguir estritamente os tipos de cabos especificados para instalar todos os cabos dos terminais às caixas de distribuição, garantindo a padronização e consistência da fiação.
2 Impermeabilização e Vedação
2.1 Subestações Convencionais
O desempenho de impermeabilização do telhado das subestações convencionais depende tanto da forma do telhado quanto dos materiais impermeabilizantes selecionados. As formas de telhado são principalmente divididas em telhados planos e inclinados; existem duas soluções principais de materiais impermeabilizantes:
2.2 Subestações de Cabine Pré-fabricada
Comparado com as subestações convencionais, a fachada externa das subestações de cabine pré-fabricada usa painéis de cimento fibrado. O topo é um telhado inclinado em forma de losango de aço inoxidável (com uma inclinação de 5%), e o telhado inclinado é soldado integralmente ao quadro da cabine. Como um novo material de construção, os painéis de cimento fibrado possuem excelentes propriedades de resistência ao fogo e retardância de chama, além de serem fáceis de instalar, eficientes na instalação e convenientes para manutenção posterior.
A drenagem superior das subestações de cabine pré-fabricada é dividida em duas formas: drenagem centralizada e drenagem natural:
3 Sistema de HVAC
3.1 Subestação Convencional
A sala de proteção de relés de uma subestação convencional usa ar condicionados de parede/montagem dividida com dispositivos de exaustão. Ações de incêndio acionam intertravamento para cortar o HVAC, que reinicia automaticamente após a recuperação de energia para continuidade.
3.2 Subestação de Cabine Pré-fabricada
Os equipamentos na cabine pré-fabricada secundária têm essas características:
Densos e de alta temperatura: Muitos painéis de proteção, medição-controle e energia geram calor contínuo, elevando a temperatura da cabine.
Troca de ar frequente: Inspeções rotineiras de 2 a 3 dias (conforme as "Cinco Unificações") significam que as pessoas entram e saem frequentemente, perturbando a umidade interna.
Calor desigual: Calor concentrado de dispositivos de proteção/interruptores causa diferenças de temperatura e umidade, necessitando de ventilação.
Soluções:
4 Segurança Contra Incêndio
A resistência ao fogo de um edifício depende de componentes como paredes, colunas e vigas. A classificação de resistência ao fogo é o tempo que os materiais levam para perder a função de suporte de carga ou isolamento contra o fogo sob uma curva de temperatura padrão. Os edifícios devem atender ao Código de Design de Proteção Contra Incêndio de Edifícios; as especificações dos materiais (espessura, etc.) determinam isso.
4.1 Subestações Convencionais
Suas salas de proteção de relés/secundárias usam concreto armado, com resistência mínima ao fogo Classe II e categoria de risco de incêndio Wu (não relacionado a não-combustíveis). Equipadas com equipamentos de combate a incêndio maduros, elas atendem aos requisitos. Paredes de suporte: tijolos porosos não-aderentes (5,5h projetados, 2,5h mín.). Colunas: concreto armado (3h projetados, 2,5h mín.).
4.2 Subestações de Cabine Pré-fabricada
As cabines usam soldagem de aço, paredes preenchidas com não-combustíveis, alarmes de incêndio/previsores/equipamentos pré-instalados. Acima de 500°C, o aço perde rigidez/resistência, deformando-se, correndo risco de colapso. Isso faz com que seu desempenho contra incêndios seja pior do que o das subestações convencionais.
5 Conclusão
As subestações convencionais têm padrões maduros (projeto, isolamento, inspeção de incêndio), mas enfrentam problemas de obras civis, ciclos longos e impactos sazonais. As cabines pré-fabricadas, com pequena pegada, ciclo curto e layout flexível, são fundamentais para o design modular.
Ainda em estágio inicial, as cabines pré-fabricadas carecem de verificação completa (umidade, incêndio) e padrões nacionais de inspeção, representando riscos de incêndio. Portanto, é necessário focar no design, inspeção e operação/manutenção de incêndios delas.
