RMUs de Isolamento Sólido de Média Tensão: Explicação da Isolação e do Projeto Estrutural com Resina Epóxi
1 Materiais de Isolamento e Projeto
Com base nas estatísticas de custo para unidades de anel principal (RMUs) de isolamento sólido de média tensão, a estrutura de isolamento representa mais de 40% do custo total. Portanto, selecionar materiais de isolamento apropriados, projetar estruturas de isolamento racionais e determinar o método de isolamento correto são cruciais para o valor das RMUs de média tensão. Desde a primeira síntese de resina epóxi em 1930, diversos aditivos têm sido continuamente explorados para melhorar suas propriedades.
A resina epóxi é conhecida por sua alta resistência dielétrica, alta resistência mecânica, mínimo volume de mudança durante a moldagem e cura, e facilidade de usinagem. Assim, ela é selecionada como o material de isolamento principal para RMUs de média tensão. Ao incorporar endurecedores, tensores, plastificantes, cargas e corantes, forma-se uma resina epóxi de alto desempenho. Sua resistência térmica, expansão térmica e condutividade térmica foram melhoradas, fornecendo retardância ao fogo e desempenho de isolamento confiável sob condições de tensão a longo prazo e sobretensão a curto prazo.
Em RMUs, as estruturas de isolamento convencionais frequentemente criam campos elétricos não uniformes. Nesses campos, simplesmente aumentar a distância de isolamento é insuficiente para melhorar a resistência ao isolamento. Portanto, a uniformidade do campo elétrico também deve ser melhorada através da otimização estrutural. A resistência dielétrica da resina epóxi varia de 22 a 28 kV/mm, o que significa que, com um design de isolamento otimizado, apenas alguns milímetros de distância de isolamento são necessários entre as fases, reduzindo significativamente o tamanho do produto.
2 Projeto Estrutural de RMUs de Isolamento Sólido de Média Tensão
Todos os componentes condutores, como interrompedores a vácuo, disjuntores e chaves de aterramento, são colocados em um molde e fundidos integralmente usando resina epóxi de alto desempenho através do processo de Gelificação Automática por Pressão (APG). O meio de extinção de arco é o vácuo, enquanto o isolamento é fornecido pela resina epóxi de alto desempenho. O gabinete adota um design modular, facilitando a produção em massa padronizada. Cada compartimento é separado por partições metálicas para prevenir a propagação de arcos, confinando potenciais falhas dentro de módulos individuais.
Conectores de barramentos e contatos integrados são projetados. O barramento principal consiste em barramentos segmentados, encapsulados e isolados, conectados via conectores de barramento integrados telescópicos, simplificando a instalação e comissionamento no local. A estrutura da porta é projetada para suportar arcos internos e permite operações de três posições (fechamento, abertura e aterramento) com a porta fechada. O estado da posição do interruptor pode ser facilmente observado através de janelas de visualização, garantindo operação segura e confiável.
3 Vantagens e Análise de Testes de Tipo de RMUs de Isolamento Sólido de Média Tensão
3.1 Principais Vantagens
A resina epóxi de alto desempenho garante desempenho de isolamento confiável e baixa descarga parcial (≤5 pC).
A estrutura totalmente isolada e selada não possui partes vivas expostas, tornando-a imune à poeira e contaminação. Não é limitada por condições ambientais e é adequada para temperaturas altas/baixas, planaltos, áreas à prova de explosão e regiões poluídas. Resolve problemas relacionados às mudanças de pressão do gás SF₆ em temperaturas altas e liquefação do gás em temperaturas baixas. Por exemplo, Fuzhou, localizada em uma área costeira de alta neblina salina, se beneficia significativamente da resistência à neblina salina do produto.
Não utiliza gás SF₆; não emite gases nocivos, tornando-o um produto ecológico. Não há risco de vazamento, eliminando a necessidade de manutenção regular, tornando-o isento de manutenção. O design reforçado à prova de explosão garante adequação para locais perigosos. A estrutura totalmente isolada trifásica previne curtos-circuitos entre fases, garantindo segurança e confiabilidade.
O equipamento ocupa apenas 30% do espaço necessário para RMUs convencionais de isolamento a ar, tornando-o um produto ultra compacto.
3.2 Análise de Testes de Tipo
De acordo com as vantagens acima, foram realizados testes de tipo correspondentes, incluindo testes de resistência ao isolamento (42 kV/48 kV), medição de descarga parcial (≤5 pC), testes de temperatura alta/baixa (+80 °C / -45 °C), testes de condensação (Nível de Poluição II) e testes de arco interno (0,5 s). Os resultados dos testes confirmam a conformidade total com os requisitos de parâmetros, validando efetivamente as vantagens declaradas do produto.
Além disso, outros testes de tipo exigidos pelos padrões nacionais foram concluídos: teste de elevação de temperatura, medição de resistência do circuito principal, testes de corrente de pico e corrente de curta duração nominal, testes de capacidade de ligação e desligamento de curto-circuito nominal, resistência elétrica, resistência mecânica, testes de falha sob aterramento entre fases, testes de comutação de corrente ativa nominal e testes de comutação de corrente capacitiva nominal. Todos os resultados dos testes atendem aos requisitos dos padrões nacionais.
A State Grid Corporation of China realizou várias reuniões para discutir os itens de teste de tipo e os requisitos de parâmetros para RMUs de isolamento sólido de média tensão, com discussões aprofundadas sobre detalhes específicos, como se o limite de descarga parcial deve ser ≤5 pC ou ≤20 pC. Acreditamos que os testes de tipo exigidos pelos padrões nacionais são essenciais e devem ser realizados; testes adicionais realizados para verificar as vantagens do produto também são necessários; além disso, testes especiais, como vibração e testes em condições climáticas severas, devem ser selecionados com base no ambiente de operação real. Em relação aos parâmetros, embora a State Grid estabeleça apenas requisitos básicos, os fabricantes podem aprimorar especificações conforme o desempenho do produto, por exemplo, elevando o limite de descarga parcial para ≤5 pC e ampliando a faixa de temperatura para testes de temperatura alta/baixa.
4 Conclusão
O isolamento sólido oferece vantagens significativas em comparação com o isolamento a gás e a ar: desempenho de isolamento confiável, ausência de emissão de gases nocivos, amigável ao meio ambiente e sem problemas de vazamento. A aplicação da tecnologia de isolamento sólido aumentou significativamente a miniaturização e a adaptabilidade ambiental das RMUs de média tensão, permitindo sua ampla aplicação em temperaturas altas/baixas, planaltos, áreas à prova de explosão e regiões poluídas. Todas essas vantagens foram plenamente validadas através de testes de tipo.
