Status de Pesquisa e Desenvolvimento da Unidade Principal em Anel de 12 kV sem Gás SF6

O isolamento a gás baseia-se principalmente no gás SF₆. O SF₆ possui propriedades químicas extremamente estáveis e apresenta excelente rigidez dielétrica e desempenho de extinção de arco, sendo amplamente utilizado em equipamentos elétricos. Os disjuntores isolados a SF₆ possuem estrutura compacta e tamanho reduzido, não são afetados por fatores ambientais externos e demonstram notável adaptabilidade.

No entanto, o SF₆ é internacionalmente reconhecido como um dos seis principais gases do efeito estufa. Vazamentos provenientes de disjuntores isolados a SF₆ são uma questão prática inevitável. Do ponto de vista ambiental, o uso de hexafluoreto de enxofre deve ser reduzido ou minimizado. A comunidade internacional alcançou consenso sobre a eliminação gradual e, eventualmente, a descontinuação do uso do gás SF₆.

1. Características Técnicas do Conjunto de Média Tensão de 12 kV sem SF6

1.1 Verde e Ambientalmente Amigável

O ar seco (ou nitrogênio) é utilizado como meio isolante principal, eliminando o SF₆ e evitando emissões de gases tóxicos ou do efeito estufa. Considera-se o impacto ambiental durante todo o ciclo de vida do produto, com exploração contínua de novos materiais e processos de fabricação para melhorar a reciclabilidade dos materiais. O design compacto e econômico em espaço reduz efetivamente o consumo de matérias-primas, o uso de energia na produção e a ocupação de terreno.

1.2 Seguro e Confiável

A tecnologia madura de comutação a vácuo garante desempenho estável e confiável de interrupção e longa vida útil. A pressão nominal de enchimento de gás é baixa (0,12 MPa absoluto), facilitando a obtenção de uma taxa de vazamento reduzida (≤0,1%). A alta rigidez dielétrica permite operação normal mesmo sob pressão manométrica zero. O desconector de três posições suporta operação elétrica ou remota e possui travamentos completos do tipo “cinco-prevenções” combinados ao interruptor de carga/disjuntor, aumentando a segurança operacional durante manutenções.

1.3 Adaptabilidade Ambiental

Todos os componentes primários de alta tensão são selados dentro de um compartimento gasoso soldado em aço inoxidável de 3 mm, totalmente isolado do ambiente externo. Estruturas protetoras adicionais podem ser acrescentadas ao mecanismo de comutação e ao compartimento de baixa tensão conforme necessário, atendendo verdadeiramente aos requisitos de resistência à corrosão, proteção contra umidade e operação em baixas temperaturas sob condições especiais.

1.4 Liderança Inteligente

O produto pode ser opcionalmente equipado com sistemas de controle inteligentes, proteção integrada autoalimentada e plataformas inteligentes abrangentes de distribuição de energia, conforme necessidades do usuário. Integra funções como aquisição de dados, controle, monitoramento, diagnóstico, proteção e comunicação em um sistema unificado, permitindo operação/manutenção remota e facilitando aplicações de big data na distribuição de energia.

2. Situação Atual e Tendências de Desenvolvimento dos Conjuntos de Média Tensão de 12 kV

2.1 Situação Atual dos Conjuntos de Média Tensão de 12 kV

Ao longo do último século, o clima da Terra sofreu mudanças significativas caracterizadas principalmente pelo aquecimento global. Este aquecimento resulta da variabilidade climática natural combinada com o efeito estufa intensificado causado por atividades humanas. A redução das emissões de gases do efeito estufa e a mitigação das mudanças climáticas são os objetivos principais da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (UNFCCC) e do Protocolo de Quioto.

Na conferência do Protocolo de Quioto realizada no Japão em 1997, o SF₆ foi listado como um dos gases do efeito estufa mais potentes e incluído entre as substâncias sujeitas a restrições de uso e emissão. Embora o CO₂ contribua com mais de 60% para o efeito estufa — a maior parcela — o SF₆ representa apenas cerca de 0,1%. Apesar de sua contribuição atualmente pequena, o SF₆ apresenta riscos potenciais significativos: uma molécula de SF₆ tem um potencial de aquecimento global 23.900 vezes maior que uma molécula de CO₂, e sua vida média na atmosfera é de aproximadamente 3.200 anos. Cerca de 50% do SF₆ produzido mundialmente é usado na indústria elétrica, dos quais 80% vão para equipamentos de comutação. Como país em desenvolvimento, a China enfrenta crescente pressão para reduzir emissões de gases do efeito estufa.

2.2 Tendências de Desenvolvimento dos Conjuntos de Média Tensão de 12 kV

Do ponto de vista técnico, a indústria de conjuntos de média tensão havia progredido, por volta de 2014, por várias etapas: isolamento a ar, semi-isolamento a SF₆, isolamento completo a SF₆ e isolamento sólido. Essa evolução reflete inovação contínua e avanços tecnológicos focados em segurança, confiabilidade, miniaturização e respeito ao meio ambiente.

Atualmente, tanto nacional quanto internacionalmente, os equipamentos de comutação com isolamento sólido foram uma vez considerados uma alternativa ideal aos produtos baseados em SF₆. No entanto, devido a desafios como a dificuldade de reciclagem da resina epóxi (amplamente utilizada em unidades com isolamento sólido), a falta de aceitação generalizada de materiais termoplásticos alternativos, a falha irreversível após rompimento do isolamento e problemas não resolvidos relacionados ao aumento de temperatura em operação de alta capacidade, o interesse no isolamento sólido esfriou quase tão rapidamente quanto surgiu.

Em contraste, os conjuntos de média tensão completamente isolados a SF₆ — apesar de suas desvantagens ambientais — continuam dominando o mercado devido ao seu tamanho compacto, excelente resistência ambiental, alta confiabilidade e baixas exigências de manutenção.

Nos últimos 2–3 anos, os equipamentos de comutação isolados com gás ecológico gradualmente tornaram-se um foco de interesse para operadores de redes e principais fabricantes, impulsionados por avanços em várias áreas-chave:

• Aplicação madura da tecnologia de comutação a vácuo (incluindo designs encapsulados);

• Aprofundamento do entendimento sobre tecnologias de isolamento (isolamento a gás, isolamento em interface sólida, isolamento compósito, etc.);

• Experiência operacional extensa com equipamentos isolados a SF₆ (RMUs, C-GIS);

• Avanços na pesquisa de gases alternativos ao SF₆ (por empresas como ABB e 3M);

• Discussões da indústria que defendem o retorno a produtos de média tensão fixos, apoiadas pela melhoria significativa da confiabilidade dos componentes principais.

À medida que a China acelera a transformação e atualização de seu setor elétrico e enfrenta demandas urgentes de conservação de energia e redução de emissões, regular a umidade atmosférica e controlar a poluição do ar tornaram-se prioridades prementes. Para a indústria elétrica em rápida evolução, desenvolver unidade de anel sem gás SF₆ é uma tendência inevitável. Os equipamentos de transmissão e distribuição futuros se concentrarão cada vez mais em segurança, confiabilidade, miniaturização e sustentabilidade ambiental.

Notavelmente, a Corporação Estatal de Energia Elétrica da China demonstra reconhecimento significativamente maior de equipamentos de comutação ecológicos em comparação com usuários industriais gerais. O "Catálogo de Novas Tecnologias Prioritárias Promovidas pela Corporação Estatal de Energia Elétrica (Edição 2017)" estipula explicitamente que, de 2016 a 2018, a unidade de anel sem gás SF₆ deve representar "não menos de 30% das novas instalações em projetos novos e de retrofit, com uma taxa de crescimento anual de não menos de 8%." Além disso, a versão mais recente (2017) das "Recomendações de Design Padronizado para Unidades de Anel de 12 kV", desenvolvida conjuntamente pelo Departamento de Operações e Manutenção da Corporação Estatal de Energia Elétrica e pelo Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica da China, incorporou formalmente unidades de anel isoladas a gás ecológico e estabeleceu especificações técnicas claras para futuras licitações de aquisição.

3.Conclusão

Em resumo, à medida que a China acelera a transformação de sua indústria elétrica e enfrenta crescente urgência em conservação de energia e redução de emissões, lidar com a umidade atmosférica e a poluição do ar tornou-se uma prioridade imediata. Como um dispositivo típico de distribuição de energia terminal, a unidade de anel de 12 kV é amplamente implantada em sistemas de energia e várias aplicações industriais, servindo como um componente indispensável de uma rede robusta e inteligente e impactando diretamente a segurança e a confiabilidade do fornecimento de energia. Em resposta ao rápido desenvolvimento do setor elétrico, o desenvolvimento de unidades de anel isoladas a gás ecológico representa uma tendência irreversível. Os equipamentos de transmissão e distribuição futuros continuarão a evoluir em torno das demandas centrais de segurança, confiabilidade, miniaturização e amigabilidade ambiental.