Top 5 Controles Críticos de Processo para Instalação e Comissionamento de GIS
Este artigo apresenta brevemente as vantagens e características técnicas do equipamento GIS (Gas-Insulated Switchgear), e explica vários pontos críticos de controle de qualidade e medidas de controle de processo durante a instalação no local. Enfatiza que os testes de resistência no local só podem refletir parcialmente a qualidade geral e a execução da instalação do equipamento GIS. Apenas reforçando o controle de qualidade abrangente durante todo o processo de instalação - especialmente em áreas-chave como o ambiente de instalação, manipulação do adsorvente, tratamento da câmara de gás e teste de resistência do circuito - pode-se garantir a comissionação segura e suave do equipamento GIS.
Com o desenvolvimento dos sistemas de energia, são colocadas exigências mais altas sobre o desempenho mecânico e elétrico do equipamento primário de subestações. Como resultado, equipamentos elétricos mais avançados estão sendo cada vez mais aplicados em subestações. Dentre eles, o Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear (GIS) está ganhando maior aplicação devido às suas numerosas vantagens. Consequentemente, a instalação e comissionamento no local do GIS tornaram-se um aspecto central na construção de subestações.
1. Características Técnicas do Equipamento GIS
Estrutura compacta com pequena área de ocupação
Alta confiabilidade operacional e excelente desempenho de segurança
Elimina influências externas adversas
Período de instalação curto
Manutenção fácil e longos intervalos de inspeção
2. Pontos Críticos de Controle de Processo e Medidas de Controle na Instalação do GIS
Devido à alta integração e ao design compacto do equipamento GIS, qualquer descuido durante a instalação no local pode deixar riscos ocultos que podem levar a falhas no equipamento ou até acidentes na rede. Com base na experiência de várias instalações de subestações GIS, é essencial controlar rigorosamente os seguintes aspectos-chave durante a instalação e comissionamento.
2.1 Controle do Ambiente de Instalação
O gás SF₆ é altamente sensível à umidade e impurezas, portanto, o ambiente de instalação no local deve ser controlado rigorosamente. Como as câmaras de gás devem ser abertas durante a instalação, o trabalho deve ser realizado apenas em tempo seco e claro, com umidade ambiente abaixo de 80%. Uma vez aberta uma câmara, o processamento a vácuo deve prosseguir continuamente para minimizar o tempo de exposição. Para instalações ao ar livre, a velocidade do vento não deve exceder a escala de Beaufort 3. Se necessário, medidas de proteção local devem ser implementadas ao redor da área da câmara aberta, e a geração de poeira dentro da zona segura deve ser controlada rigorosamente. A área de instalação deve permanecer limpa e organizada.
As pessoas não devem usar roupas ou luvas de fibras soltas. O cabelo deve ser totalmente coberto por um capacete, e máscaras faciais devem ser usadas. Em condições de alta temperatura, medidas de resfriamento devem ser tomadas para evitar que o suor introduza umidade na câmara.
2.2 Manipulação do Adsorvente nas Câmaras de Gás do GIS
O adsorvente usado no GIS é tipicamente o peneira molecular 4A, que é não condutor, tem baixa constante dielétrica e é livre de poeira. Ele exibe forte capacidade de adsorção e pode suportar altas temperaturas e exposição a arcos. O adsorvente deve ser seco em um forno de secagem a vácuo a 200–300°C por 12 horas. Imediatamente após o secamento, ele deve ser removido e instalado na câmara em 15 minutos. A câmara com o adsorvente instalado deve iniciar o processamento a vácuo prontamente para minimizar a exposição ao ar.
Antes da instalação, o adsorvente deve ser pesado e registrado para referência futura durante a manutenção. Se o peso aumentar mais de 25% durante a inspeção, isso indica absorção significativa de umidade e requer regeneração. O adsorvente das câmaras de extinção de arco não pode ser regenerado.
2.3 Processamento a Vácuo das Câmaras de Gás
O processamento a vácuo deve começar imediatamente após a montagem da câmara. Uma válvula de retenção deve ser instalada na tubulação de conexão, e uma pessoa dedicada deve monitorar o processo para evitar o refluxo de óleo da bomba para a câmara em caso de falha de energia. A bomba de vácuo deve ser iniciada primeiro para verificar o funcionamento adequado antes de abrir todas as válvulas da tubulação. Ao parar, as válvulas devem ser fechadas antes de desligar a bomba.
Após atingir uma pressão absoluta interna inferior a 133 Pa, a bomba de vácuo deve continuar funcionando por mais 30 minutos, então ser interrompida e isolada. A pressão absoluta (PA) é registrada após 30 minutos de parada. Após mais 5 horas de parada, a pressão (PB) é lida novamente. A câmara é considerada bem selada se PB – PA < 67 Pa. Somente após passar neste teste de vedação, o gás SF₆ qualificado pode ser carregado na câmara.
Durante o processamento a vácuo, evite condições prolongadas em que um lado de um disco de isolamento (insulador do tipo disco) esteja sob pressão de operação nominal, enquanto o outro lado esteja sob alto vácuo, pois isso pode causar danos mecânicos. Se necessário, reduza a pressão no lado pressurizado para abaixo de 50% do valor nominal.
2.4 Aterramento da Caixa
Devido à disposição interna densa do GIS, a distância elétrica entre condutores e entre condutores e a caixa metálica é muito pequena. Em caso de quebra interna, grandes correntes de falha fluirão através de condutores de aterramento para a grade de aterramento. Além disso, porque a caixa do GIS é feita de material metálico de circuito fechado, falhas assimétricas do sistema podem induzir tensões significativas na caixa devido à indução magnética, potencialmente danificando equipamentos ou colocando em risco a segurança das pessoas.
Portanto, o acabamento do aterramento deve atender a padrões elevados. Recomenda-se que subestações usando GIS usem grades de aterramento de cobre para minimizar a resistência total de aterramento. Todas as conexões entre a caixa e a grade de aterramento também devem usar materiais de cobre. Devido à presença de discos de isolamento e juntas de borracha entre as câmaras de gás, barras de ligação de cobre devem ser instaladas entre as caixas. A seção transversal dessas barras de ligação deve corresponder à da grade de aterramento principal.
O GIS usa um esquema de aterramento multiponto. O número e a localização dos pontos de aterramento devem seguir as especificações do fabricante e do projeto.
2.5 Teste de Resistência do Circuito Principal
O teste de resistência do circuito principal é crucial na instalação do GIS. Ele não apenas verifica a integridade das conexões de contato entre módulos, mas também confirma a sequência de fase correta da barra principal. Para equipamentos de chaveamento totalmente fechados, a fasing correta e conexões confiáveis são especialmente críticas. Na prática, re-trabalhos ocorreram devido a fasing incorreta ou conexões de condutor inadequadas.
Os fabricantes geralmente fornecem valores padrão de resistência de contato para conexões internas. A resistência do circuito deve ser testada segmento por segmento durante a montagem, permitindo a detecção e correção precoce de contatos ruins. A resistência medida para cada seção não deve exceder a soma dos valores especificados pelo fabricante para todas as conexões dentro dessa seção.
Após a montagem completa, deve ser realizado um teste completo de resistência do circuito, e o resultado não deve exceder o valor teórico calculado.
Nota Especial: O teste de resistência do circuito não deve ser realizado em câmaras em processamento a vácuo. Sob pressão sub-atmosférica, a resistência dielétrica interna da câmara é extremamente baixa. Mesmo algumas dezenas de volts podem causar descarga superficial em discos de isolamento, deixando marcas de descarga que se tornam pontos fracos de isolamento e potenciais fontes de falha durante a operação. Portanto, devem ser realizadas verificações cuidadosas antes de qualquer medição de resistência para evitar testes em câmaras evacuadas.
2.6 Teste de Resistência a Tensão
As excelentes propriedades de isolamento do gás SF₆ permitem que o GIS tenha um design compacto. O GIS usa caixas de alumínio ligado aterradas, e sob pressão de operação, a lacuna entre os condutores internos ou entre os condutores e a caixa aterrada é muito pequena. Devido à pré-montagem de fábrica de alta integração, componentes críticos são enviados pré-instalados. No entanto, o deslocamento de componentes durante o transporte ou a introdução de pequenas impurezas durante a instalação no local podem distorcer a distribuição do campo elétrico interno. Diferentemente do equipamento isolado por porcelana, mesmo pequenas farpas ou partículas nos interruptores do GIS podem causar descargas anormais ou rupturas.
Portanto, o teste de resistência a tensão no local serve como a última linha de defesa para verificar o desempenho e a qualidade da instalação do GIS.
De acordo com os regulamentos de teste de aceitação, a tensão de teste no local é 80% da tensão de teste de fábrica. Por exemplo, para um GIS de 110 kV, a tensão de resistência do circuito principal é 80% da tensão de teste de fábrica: 230 kV × 80% = 184 kV, aplicada por 1 minuto. O teste deve ser realizado pelo menos 24 horas após o enchimento completo de gás. Os para-raios e transformadores de tensão não devem ser incluídos no teste. Cabos de saída de alta tensão devem ser testados juntos após serem conectados ao GIS. Antes do teste, a resistência de isolamento deve ser medida e confirmada satisfatória.
Procedimento de Teste: Aumente a tensão a uma taxa de 3 kV/s até a tensão de operação nominal (63,5 kV), mantenha por 1-3 minutos para observar o estado do equipamento, então aumente para 184 kV e mantenha por 1 minuto. Repita este procedimento para cada fase.
O GIS que passa no teste de resistência a tensão pode ser colocado em serviço. No entanto, este teste não pode detectar todos os defeitos potenciais. Em serviço, o GIS deve suportar não apenas a tensão de frequência de rede, mas também as sobretensões de raio e comutação. A intensidade de campo de ruptura do gás SF₆ varia com o tipo de tensão. Para sistemas de eletrodos cilíndricos coaxiais, a tensão de ruptura de 50% do SF₆ pode ser expressa empiricamente como:
U₅₀ = (AP + B)μd
Onde:
P — Pressão da câmara
d — Lacuna elétrica (mm)
μ — Fator de utilização do campo elétrico
A, B — Constantes dependentes da forma de onda da tensão
Assim, a tensão de ruptura varia com o tipo e a polaridade da tensão. Diferentes defeitos internos exibem diferentes sensibilidades a várias formas de onda de tensão. A tensão alternada de frequência de rede é sensível à ruptura do isolamento causada por umidade, impurezas ou partículas metálicas no SF₆, mas menos sensível a arranhões superficiais ou condições de superfície do condutor inadequadas.
Portanto, os testes de resistência a tensão de frequência de rede não podem detectar todos os defeitos internos. Reforçar os controles de processo durante a instalação e melhorar a qualidade geral da instalação permanecem as medidas mais importantes para garantir a operação segura do GIS.
3. Conclusão
Este artigo analisa os pontos críticos de controle de processo e qualidade na instalação e comissionamento no local do equipamento GIS. Demonstra que os testes de resistência a tensão no local só podem refletir parcialmente a qualidade geral e a execução da instalação do GIS. Mais importante, destaca que somente através do controle rigoroso de cada processo de instalação - garantindo o cumprimento total dos procedimentos e instruções de trabalho - o equipamento GIS pode ser comissionado de forma segura e confiável desde o início.
Espera-se que esta síntese possa servir como uma referência útil para colegas na indústria de construção de energia.
