Terraçamento do Lado da Barra de Distribuição para RMUs Ecológicos de 24kV: Por Que e Como

A combinação de isolamento sólido auxiliar com isolamento a ar seco é uma direção de desenvolvimento para unidades principais de anel de 24 kV. Ao equilibrar o desempenho do isolamento e a compactação, o uso de isolamento auxiliar sólido permite passar nos testes de isolamento sem aumentar significativamente as dimensões fase-a-fase ou fase-terra. A encapsulação do pólo pode resolver o isolamento do interrompedor a vácuo e seus condutores conectados.

Para a barra de saída de 24 kV, mantendo o espaçamento entre fases em 110 mm, a vulcanização da superfície da barra pode reduzir a intensidade do campo elétrico e o coeficiente de não uniformidade do campo elétrico. A Tabela 4 calcula o campo elétrico sob diferentes espaçamentos entre fases e espessuras de isolamento da barra. Pode-se ver que, ao aumentar adequadamente o espaçamento entre fases para 130 mm e aplicar um tratamento de vulcanização de epóxi de 5 mm à barra redonda, a intensidade do campo elétrico atinge 2298 kV/m, o que ainda tem uma certa margem em comparação com a máxima intensidade do campo elétrico de 3000 kV/m que o ar seco pode suportar.

Tabela 1 Condições de campo elétrico sob diferentes espaçamentos entre fases e espessuras de isolamento da barra

Devido à baixa resistência dielétrica do ar seco, o isolamento sólido não pode resolver o problema de resistência à tensão no ponto de isolamento. Um disjuntor de dupla interrupção usa duas lacunas de gás em série para dividir efetivamente a tensão. Ecrãs de campo elétrico e anéis de graduação são projetados em locais com campos elétricos concentrados, como os contatos fixos do isolador e do disjuntor de aterramento, para reduzir a intensidade do campo elétrico e minimizar efetivamente o tamanho da lacuna de ar. Como mostrado na Figura 1, o mecanismo de dupla interrupção alcança estados operacionais—funcionamento, isolamento e aterramento—através da rotação aprimorada de um eixo principal de náilon. O anel de graduação no contato fixo tem um diâmetro de 60 mm e é tratado com vulcanização de epóxi; uma clareira de 100 mm pode suportar uma tensão de impulso de raio de 150 kV.

Outras soluções, como o arranjo unifilar longitudinal usando invólucros de liga de alta resistência para cada fase ou o aumento moderado da pressão do gás, também podem atender aos requisitos dielétricos de 24 kV. No entanto, as unidades principais de anel (RMUs) exigem baixo custo, e custos excessivamente altos são inaceitáveis para os usuários. Através de um design otimizado e um alargamento moderado do gabinete RMU, é possível alcançar RMUs de 24 kV ambientalmente amigáveis, de baixo custo e compactos.

Arranjo do Disjuntor de Aterramento em RMUs com Gás Ambientalmente Amigável

Existem dois métodos em RMUs para alcançar a função de aterramento no circuito principal:

• Disjuntor de aterramento do lado da linha de saída (disjuntor de aterramento inferior)

• Disjuntor de aterramento do lado da barra (disjuntor de aterramento superior)

O disjuntor de aterramento do lado da barra pode ser selecionado como Classe E0, o que requer coordenação com o disjuntor principal durante a operação. De acordo com o Esquema de Design Padronizado para Unidades Principais de Anel de 12 kV (Caixas) emitido pela State Grid em 2022, em relação aos disjuntores de três posições, o esquema especifica que os disjuntores de três posições devem adotar um arranjo do lado da barra e redefinir como "disjuntores de aterramento combinados de função do lado da barra."

As regulamentações de segurança de energia estipulam que não deve haver nenhum disjuntor ou fusível conectado entre os fios de aterramento, disjuntores de aterramento e equipamentos em manutenção. Se, devido a restrições de equipamento, existir um disjuntor entre o disjuntor de aterramento e o equipamento em manutenção, medidas devem ser tomadas para garantir que o disjuntor não possa abrir após ambos, o disjuntor de aterramento e o disjuntor, terem sido fechados.

Portanto, o disjuntor de aterramento do lado da linha está localizado a jusante do disjuntor. Ele se conecta diretamente ao cabo de saída sendo aterrado, satisfazendo o requisito de que não exista nenhum disjuntor ou fusível entre o ponto de aterramento, o disjuntor de aterramento e o equipamento em manutenção. Em contraste, o disjuntor de aterramento do lado da barra está localizado a montante do disjuntor. Há um disjuntor a vácuo entre o disjuntor de aterramento e o cabo de saída sendo aterrado—não se conecta diretamente. Como há um disjuntor entre o disjuntor de aterramento e o equipamento em manutenção, medidas devem ser implementadas para evitar que o disjuntor abra uma vez que ambos, o disjuntor de aterramento e o disjuntor, estejam fechados. Por exemplo, o circuito de disparo do disjuntor pode ser desconectado por meio de uma placa de ligação, ou meios mecânicos podem ser usados para evitar disparos acidentais, evitando assim a desconexão indesejada do caminho de aterramento.

O Esquema de Design Padronizado da State Grid também especifica requisitos de travamento para o disjuntor de aterramento combinado de função do lado da barra. Quando o disjuntor de aterramento combinado de função do lado da barra usa o fechamento do disjuntor para alcançar o aterramento do lado do cabo, deve incluir travamentos mecânicos e elétricos para evitar a abertura manual ou elétrica do disjuntor.

A State Grid adota o disjuntor de três posições do lado da barra principalmente considerando a capacidade de fazer curto-circuito (fechamento). Em RMUs isolados com SF6, o disjuntor de aterramento beneficia-se da resistência dielétrica do SF6, que é cerca de três vezes maior que a do ar, e sua capacidade de extinção de arco é aproximadamente 100 vezes maior que a do ar, devido ao resfriamento superior do arco. Assim, a capacidade de fechamento do disjuntor de aterramento é garantida de forma confiável.

Em contraste, os gases ambientalmente amigáveis carecem de capacidade de extinção de arco e têm desempenho de isolamento inferior. Portanto, é necessária uma velocidade de fechamento muito alta. No entanto, os mecanismos de operação dos RMUs têm energia limitada e não podem fornecer força suficiente para o fechamento de alta velocidade. Usar um disjuntor de aterramento do lado da linha exigiria aumentar a velocidade de fechamento e melhorar a resistência ao arco e a análise eletrodinâmica dos contatos, potencialmente levando a forças de operação maiores e custos mais altos. O disjuntor de aterramento do lado da barra, ao resolver o problema de travamento do disjuntor, ainda pode garantir aterramento confiável, oferecendo capacidade de fechamento mais forte.

Através da análise técnica e de produto do SF6 versus gases ambientalmente amigáveis, pode-se ver que os RMUs isolados com gases ambientalmente amigáveis de 12 kV podem atender aos requisitos de isolamento e aquecimento com apenas um aumento mínimo no tamanho, indicando soluções técnicas maduras.

No entanto, existem poucos produtos isolados com gases ambientalmente amigáveis de 24 kV disponíveis. O desafio principal reside na classificação de tensão mais alta, o que leva a um aumento significativo nas dimensões. Tamanho excessivo e alto preço restringirão o desenvolvimento de RMUs isolados com gases ambientalmente amigáveis de 24 kV. É necessário um abordagem equilibrada considerando o tipo de gás isolante, a pressão de enchimento, o volume do invólucro e o custo do isolamento auxiliar para projetar RMUs de baixo custo e compactos. Apenas então será possível alcançar uma substituição verdadeira do SF6—permitindo não apenas a dominância no mercado doméstico, mas também a exportação global, promovendo o equipamento elétrico de baixo carbono e ambientalmente amigável da China no mundo todo.