Rockwill RGIS Switchgear — Considerações de Seleção de Gás para Aplicações de 12 kV, 24 kV e 40.5 kV

O Rockwill RGIS utiliza gases de isolamento diferenciados em diferentes classes de tensão (N₂/ar seco para 12/24 kV, SF₆ para 40.5 kV, com g³ sendo introduzido como uma alternativa ecológica). Esta seleção é fundamentalmente uma decisão de engenharia que equilibra o desempenho do isolamento, a compactação do equipamento, a eficácia custo-benefício e as regulamentações ambientais. Compreender essa lógica requer inicialmente uma comparação abrangente das propriedades de isolamento e extinção de arco do N₂, ar seco, SF₆ e g³.

Diferenças Fundamentais no Desempenho de Isolamento e Extinção de Arco

1. Composição Principal

2. Resistência Dielétrica (em relação ao SF₆)

3. Mecanismo de Captura de Elétron

4. Capacidade de Extinção de Arco (em relação ao ar)

5. Potencial de Aquecimento Global (GWP)

6. Considerações Ambientais e de Toxicidade

7. Temperatura de Liquefação (sob pressão de operação)

8. Sensibilidade a Impurezas

Principais Conclusões

• Primeiro, o gradiente de desempenho da isolação. SF₆ e g³ pertencem ao nível superior, com resistência dielétrica mais de 2,5 vezes a do N₂/ar seco. Isso significa que, na mesma tensão e espaçamentos, SF₆ ou g³ podem reduzir o volume do equipamento para 1/3 ou menos de um gabinete com isolamento a ar. Através de uma mistura cuidadosa de fluoronitrila e CO₂, g³ pode alcançar quase o mesmo desempenho de isolamento do SF₆ na pressão de projeto — removendo o maior obstáculo para o equipamento compacto de 40,5 kV ecológico.
• Segundo, a lacuna de capacidade de extinção de arco. As propriedades únicas de extinção de arco termoquímicas do SF₆ permitem que ele interrompa correntes altas independentemente. N₂, ar seco e g³ todos carecem dessa capacidade. Portanto, qualquer equipamento que use esses três gases — independentemente do nível de tensão — deve depender totalmente de um interrompedor a vácuo para a interrupção de corrente, com o gás servindo apenas como meio de isolamento. É por isso que a combinação "interrupção a vácuo + isolamento a gás ecológico" se tornou a principal no setor.
• Terceiro, o compromisso do g³. O g³ oferece desempenho de isolamento comparável ao do SF₆ com GWP extremamente baixo — tornando-o um substituto ideal. No entanto, sua fraqueza é a temperatura de liquefação mais alta sob pressão operacional, tornando-o inadequado para uso direto em regiões extremamente frias sem misturar mais CO₂ (o que reduz ligeiramente o isolamento) ou adicionar aquecimento/isolamento. Sua fraca capacidade de extinção de arco é perfeitamente compensada pelo interrompedor a vácuo, permitindo que o g³ se concentre em suas forças de isolamento.

Com as diferenças acima em mente, a lógica de seleção de gases da Rockwill para RGIS em diferentes classes de tensão fica clara.

Para 12 kV / 24 kV — N₂ ou Ar Seco + Interrompedor a Vácuo

Nesses níveis de tensão, os requisitos de isolamento são moderados. Aumentando ligeiramente a pressão do gás (por exemplo, 0,1 a 0,15 MPa de pressão relativa), N₂ ou ar seco podem fornecer resistência dielétrica suficiente para um design compacto, sem introduzir qualquer gás de efeito estufa. Usando o mais barato, ecológico e fácil de manter, N₂ ou ar seco — combinado com um interrompedor a vácuo maduro — cumpre perfeitamente a promessa do produto de "alta relação custo-benefício e zero emissões de gases de efeito estufa ao longo do ciclo de vida". Além disso, o oxigênio traço no ar seco ajuda a decompor depósitos de carbono de descargas parciais, melhorando ainda mais a confiabilidade operacional.

Para 40,5 kV — SF₆ + Interrompedor a Vácuo, ou g³ como Alternativa

Em 40,5 kV, o espaçamento de isolamento se torna crítico. Se N₂ ou ar seco fossem usados, mesmo na pressão máxima permitida, o volume do equipamento se multiplicaria — perdendo a compacidade que define o RGIS. Um gás de isolamento de topo deve ser introduzido.

A solução convencional usa SF₆, com sua resistência dielétrica 2,5 a 3 vezes maior que a do ar, garantindo espaçamentos elétricos mínimos sob baixa pressão (por exemplo, 0,15 MPa) para alta confiabilidade e compacidade. A estratégia "SF₆ para isolamento apenas, interrompedor a vácuo para interrupção" elimina fundamentalmente grandes quantidades de subprodutos tóxicos de decomposição de arco e simplifica a manutenção.

A atualização futura introduz g³. Dentro do mesmo espaço compacto, as misturas de g³ proporcionam isolamento quase equivalente ao do SF₆, enquanto reduzem o GWP para abaixo de 500 — totalmente alinhado com as regulamentações globais cada vez mais rigorosas sobre gases F. Os atuais obstáculos para a implantação em larga escala de g³ em 40,5 kV são a adaptabilidade a baixas temperaturas e o custo inicial. À medida que as formulações melhoram e a cadeia de suprimentos amadurece, o g³ se tornará a direção definitiva para a evolução ecológica de RGIS de 40,5 kV.

Resumo

A filosofia de seleção de gases para RGIS — baseada em uma compreensão clara dos limites físicos fundamentais de N₂, ar seco, SF₆ e g³ em desempenho de isolamento e extinção de arco — utiliza a ferramenta mais apropriada para resolver o desafio principal em cada nível de tensão:

• Baixa e média tensão (12/24 kV): Use a combinação "gás verde + vácuo" — ecológica, econômica e totalmente livre de SF₆.
• Alta tensão (40,5 kV): Implemente primeiro o SF₆ para manter a compacidade e confiabilidade como linhas de vida, enquanto posicione o g³ como reserva tecnológica — continuamente aproximando-se de um novo ótimo de Pareto entre desempenho e responsabilidade ambiental.

Estudo de Caso Rockwill RGIS e Projeto de Equipamento de Comutação Isolado a Gás no Gana

Editado Por: Garca