Por que o Ar Seco é a Melhor Alternativa ao Gás SF₆ em Unidades de Anel Principal

1. Unidades de Anel Principal Isoladas a Ar e Isoladas a Gás SF₆

As unidades de anel principal isoladas a ar integram principalmente interruptores seccionadores, disjuntores ou uma combinação de ambos com capacidade de aterramento, operados manualmente ou eletricamente. Essas unidades também podem incorporar fusíveis para controlar as linhas de entrada e saída de cabos. Por outro lado, as unidades de anel principal isoladas a gás SF₆, comumente referidas como equipamento de chaveamento isolado a gás, utilizam o gás SF₆ para isolamento e extinção de arco devido à sua alta resistência dielétrica, poderosa capacidade de extinção de arco, não toxicidade e estabilidade química, tornando-o um excelente meio para ambos os propósitos.

2. Razões para Substituir o Gás SF₆ por Ar Seco

Apesar de suas vantagens, o gás SF₆ tem um potencial de aquecimento global (GWP) extremamente alto, classificando-o entre os seis gases de efeito estufa regulamentados pelo Protocolo de Quioto. Como signatária comprometida em reduzir as emissões, a China reduziu sua intensidade de carbono em 48,1% em relação aos níveis de 2005 até o final de 2019, atingindo sua meta de 2020 com antecedência. Com a meta nacional de atingir o pico de emissões de carbono antes de 2030 e alcançar a neutralidade de carbono antes de 2060, a redução de emissões de carbono é agora um foco crítico no planejamento futuro de energia. Nesse contexto, a substituição do gás SF₆ por ar seco em equipamentos de chaveamento de média tensão serve cinco razões-chave:

2.1 GWP Zero do Ar Seco

O índice GWP mede quanto uma massa dada de um gás de efeito estufa contribui para o aquecimento global comparado à mesma massa de dióxido de carbono em um período específico. O GWP do SF₆ é 23.900 vezes maior que o do CO₂, marcando-o como um dos seis gases alvo do Protocolo de Quioto e da Diretiva Europeia 2003/87 devido ao seu impacto ambiental. Um compartimento médio de interruptor de carga ou disjuntor contém cerca de 1 kg de SF₆; se vazado, isso equivaleria a dirigir um carro aproximadamente 200.000 km em termos de danos ambientais.

Considerando que existem aproximadamente 30 milhões de unidades de chaveamento no mundo, a necessidade de encontrar uma alternativa ao SF₆ se torna evidente. Com um GWP zero, o ar seco, composto naturalmente por 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio, oferece uma solução que elimina preocupações sobre contribuições para o aquecimento global, posicionando-o como o substituto ideal para o SF₆ devido à sua clara segurança e benefícios ambientais. Uma comparação entre as propriedades do SF₆ e do ar seco é resumida na Tabela 1.

2.2 O Ar Seco Não Requer Recuperação ou Descarte

Equipamentos de chaveamento metálicos isolados a gás ecológicos não utilizam gás SF₆ durante a produção e montagem, eliminando a necessidade de sistemas de recuperação e proteção de gás. É fácil de encher, e seus produtos de decomposição não contêm substâncias nocivas, tornando-o compatível com padrões ambientais. Tal equipamento não causa poluição ambiental durante a operação a longo prazo, é adequado para ambientes úmidos e adversos e não requer manutenção. Em contraste, o equipamento de chaveamento com gás SF₆ deve manter o gás SF₆ selado em um sistema fechado durante todo o seu ciclo de vida para minimizar vazamentos e reduzir o impacto ambiental.

Quando a manutenção é necessária, unidades de recuperação de gás são usadas para coletar o gás no local. Após a purificação para remover impurezas, o gás é reutilizado. No entanto, nas operações de comutação, o SF₆ pode produzir subprodutos tóxicos, classificando o gás SF₆ usado como resíduo perigoso. O custo de descarte do gás SF₆ é substancial, aproximadamente 20% do preço original do equipamento. Usar ar seco elimina completamente a necessidade de SF₆, reduzindo significativamente o impacto ambiental do equipamento de chaveamento e evitando os custos e procedimentos associados ao descarte e recuperação.

2.3 O Ar Seco Oferece Vantagens Adicionais para os Operadores

Novos equipamentos de chaveamento sem SF₆ usando ar seco proporcionam inúmeros benefícios para os operadores: ① mantêm o tamanho compacto valorizado nos equipamentos tradicionais de SF₆, e o método de operação permanece inalterado, portanto, os técnicos não precisam de treinamento adicional; ② o interruptor de carga de três posições em equipamentos de chaveamento isolados a gás ecológicos usa tecnologia de interrupção a vácuo paralela, mantendo os hábitos de operação de três posições originais, permitindo soluções de aparelhos combinados, oferecendo aos clientes proteção de transformador econômica e confiável.

2.4 O Ar Seco Protege a Saúde e Segurança das Pessoas

Os equipamentos de chaveamento de média tensão são frequentemente usados em áreas públicas, então a saúde e a segurança são considerações primárias ao selecionar uma alternativa ao SF₆. O ar seco, como um substituto seguro, protege o público de riscos potenciais de saúde e segurança. É completamente não tóxico, então mesmo em caso de vazamento, não oferece perigo às pessoas ou ao ambiente. Não apresenta riscos à saúde das pessoas responsáveis pela instalação e descomissionamento, e não há necessidade de estabelecer regulamentos estritos de manuseio de equipamentos para a segurança das pessoas. Em contraste, gases proprietários não verificados podem apresentar riscos de saúde e segurança.

2.5 O Ar Seco Alivia Preocupações Regulatórias

Muitas empresas estão tomando medidas significativas para reduzir drasticamente as emissões de gases de efeito estufa. Esses esforços estratégicos são impulsionados não apenas pelo desejo de maior sustentabilidade, mas também por fortes pressões regulatórias. Na Europa, o uso, manuseio, descomissionamento, monitoramento e registro de inventário do gás SF₆ são rigorosamente regulamentados. Na China, políticas e medidas relevantes foram introduzidas desde 2012 para regular o uso e recuperação do gás SF₆. De acordo com normas emitidas pela Administração de Padronização da China, as emissões de gás SF₆ geradas durante a manutenção e descomissionamento de equipamentos de SF₆ foram incluídas no escopo de contabilização e relatório de gases de efeito estufa para empresas de redes elétricas chinesas.

Dada a expectativa de regulamentações cada vez mais rigorosas no futuro, adotar produtos alternativos ecológicos que não estejam sujeitos a restrições regulatórias futuras é uma escolha prudente para garantir a continuidade operacional. Os equipamentos de chaveamento de média tensão com ar seco fornecem desempenho confiável de isolamento e interrupção sem serem afetados por regulamentações ambientais ou impostos de carbono. Como a segunda maior economia do mundo e o maior consumidor de energia, a China desempenha um papel crucial na transição energética global. Recentemente, a Quinta Sessão Plenária do 19º Comitê Central propôs metas-chave de desenvolvimento socioeconômico para o 14º Plano Quinquenal da China, declarando explicitamente que "a alocação de recursos energéticos deve se tornar mais racional, a eficiência de utilização deve melhorar significativamente, e as emissões totais de principais poluentes devem continuar diminuindo."

Em resumo, o ar seco como meio de isolamento oferece as seguintes vantagens: ① ecológico e verde; ② boa condutividade térmica; ③ não é necessário ventilação ou equipamentos de proteção durante a produção e manutenção do equipamento; ④ partículas metálicas geradas durante a produção ou uso representam um risco mínimo para o equipamento de chaveamento isolado a ar seco.

3 Conclusão

O novo tipo de unidade de anel principal usa ar seco como meio de isolamento, substituindo o gás SF₆ prejudicial ao meio ambiente, reduzindo assim as emissões de gases de efeito estufa. No final de seu ciclo de vida, mais de 90% dos materiais podem ser reciclados. A utilização de um método de isolamento a gás com pressão ligeiramente positiva reduz a possibilidade de vazamento de gás, aumentando a segurança e confiabilidade. Os componentes de alta tensão estão completamente selados dentro de uma caixa metálica, garantindo operação segura em ambientes adversos, como altitudes elevadas, frio intenso, umidade e poluição. Interruptores a vácuo e interruptores de isolamento/aterramento de três posições suportam operação manual e elétrica, e o equipamento de chaveamento possui capacidades inteligentes.

Embora as unidades de anel principal ecológicas tenham feito progressos em inteligência, sustentabilidade e proteção ambiental, o desempenho de isolamento do nitrogênio e do ar seco sob a mesma pressão é apenas cerca de um terço do SF₆, especialmente em produtos GIS de alta tensão, onde ainda não foi encontrado um substituto viável para o SF₆. Portanto, são necessários mais esforços no desenvolvimento de gases ecológicos.