Por que as Unidades de Distribuição em Anel Livres de SF6 Preferem a "Interrupção a Vácuo + Isolamento com Gás Ecológico" em vez da Rota de Isolamento Total Sólido?

Entre as vias técnicas para substituir o gás SF6 tradicional em unidades de seccionamento aneladas ecológicas, a abordagem atual predominante é "interrupção a vácuo + isolamento com gás ecológico" (usando ar seco, nitrogênio ou misturas de gases C4/C5). Embora a rota "totalmente sólida" tenha surgido mais cedo, ela não se tornou a escolha dominante devido a limitações físicas inerentes e desafios de fabricação.

As razões técnicas centrais são as seguintes:

1. Autorecuperação do Meio Isolante (uma Diferença Física Crítica)

• Rota do gás ecológico: O isolamento gasoso tem propriedades de autorecuperação. Se ocorrer uma quebra instantânea por descarga interna no equipamento devido a raios ou sobretensões de comutação, a resistência dielétrica do gás se recupera imediatamente após a extinção do arco, permitindo que o equipamento continue operando.

• Rota totalmente sólida: A quebra em materiais isolantes sólidos, como resina epóxi, é irreversível. Uma vez que ocorram descargas de árvore interna ou quebras, a estrutura de isolamento sofre danos permanentes de carbonização, tornando todo o módulo inservível. A tolerância a falhas é extremamente baixa.

Rockwill RAR Series SF6-free gas-insulated switchgear/RMU

2. Desafios de Tensão Térmica e Controle de Descargas Parciais (DP)

Este é o problema mais intratável para o isolamento totalmente sólido (particularmente relevante para sua pesquisa sobre processos de embalagem macia e controle de tensão térmica).

• Rota totalmente sólida: O interrompedor a vácuo, barras de cobre condutoras e disjuntores devem ser completamente embutidos em resina epóxi. Dada a diferença significativa nos coeficientes de expansão linear entre cobre (16,5×10⁻⁶/°C), cerâmica (o envelope do interrompedor a vácuo) e resina epóxi (aproximadamente 30–40×10⁻⁶/°C), os ciclos térmicos de longo prazo sob cargas variáveis induzem enormes tensões mecânicas térmicas nas interfaces encapsuladas. Essa tensão causa facilmente delaminação do material e formação de micro-fendas, que, por sua vez, acionam descargas parciais graves e eventual degradação do isolamento.

• Rota do gás ecológico: Como um fluido, o gás acomoda a expansão e contração térmica dos condutores, eliminando problemas de tensão térmica interfacial entre materiais diferentes. Os componentes de isolamento são apenas necessários para fornecer suporte mecânico, e os riscos de distorção do campo elétrico e DP são mais facilmente gerenciados através de escudos equalizadores dentro do tanque de gás.

3. Garrafa de Disseminação Térmica Limita o Dimensionamento da Capacidade

• Rota totalmente sólida: A resina epóxi é um mau condutor térmico. Em classificações de corrente elevada (por exemplo, 1250 A ou superior) sob carga total, o calor gerado pelos contatos do interrompedor a vácuo e pelas barras de cobre é difícil de dissipar, causando facilmente aumento excessivo da temperatura interna e acelerando o envelhecimento do isolamento. Isso restringe a escalabilidade do equipamento de comutação isolado solidamente para maiores capacidades ou níveis de tensão.

• Rota do gás ecológico: O gás dentro do tanque permite a troca de calor por convecção natural, e a grande superfície do tanque de aço inoxidável proporciona resfriamento eficaz, resultando em controle muito superior do aumento de temperatura em comparação com o encapsulamento sólido.

Rockwill REC Series SF6-free gas-insulated switchgear/RMU

4. Rendimento de Fabricação e Escalabilidade de Níveis de Tensão

• No nível de 12 kV, o equipamento de comutação isolado solidamente pode manter rendimentos aceitáveis usando processos APG (Gelação Automática sob Pressão). No entanto, à medida que o nível de tensão aumenta para 24 kV ou até 40,5 kV, a espessura de isolamento necessária aumenta drasticamente, e as peças fundidas se tornam significativamente maiores. As tensões de retração, vãos internos e micro-rachaduras durante o processo de cura tornam-se quase inevitáveis, causando uma deterioração substancial nos rendimentos de fabricação e um aumento exponencial nos custos.

• Em contraste, o equipamento de comutação isolado com gás ecológico requer apenas um modesto aumento no espaçamento de fases ou na pressão de enchimento, e a complexidade de fabricação do tanque metálico fechado não sofre uma mudança fundamental.

5. Pegada de Carbono ao Longo do Ciclo de Vida (LCA) e Desafios de Reciclagem

Diante do pano de fundo das metas "duplo carbono", a ecologia envolve não apenas emissões zero de gases de efeito estufa durante a operação, mas também o tratamento no final da vida útil.

• Rota do gás ecológico: Na descomissão, o ar seco ou o nitrogênio podem ser liberados diretamente (e até mesmo as misturas de gases C4/C5 são facilmente recuperáveis). O tanque externo de aço inoxidável, as barras de cobre internas e os interrompedores a vácuo podem ser 100% desmontados e reciclados como sucata, oferecendo um perfil LCA excelente.

• Rota totalmente sólida: As barras de cobre e a resina são encapsuladas juntas de forma compacta, tornando quase impossível separar economicamente e reciclar os postes fundidos e os componentes de isolamento após o descomissionamento. O custo de reciclagem ultrapassa em muito o valor do material como sucata, apresentando um conflito claro entre viabilidade econômica e sustentabilidade ambiental. Consequentemente, a pegada de carbono ao longo de todo o ciclo de vida do isolamento sólido é difícil de ser superior à da solução de isolamento a gás totalmente reciclável com as tecnologias atuais.

Em resumo: O isolamento totalmente sólido tem vantagens irremovíveis em ambientes extremamente adversos e aplicações com espaço reduzido. No entanto, para a vasta maioria dos nós de rede de média tensão padrão, a abordagem "interrupção a vácuo + gás ecologicamente correto" equilibra perfeitamente alta confiabilidade, excelente dissipação de calor e sustentabilidade ambiental ao longo de todo o ciclo de vida—tornando-se o caminho evolutivo preferido pelos principais fabricantes.

A série RAR da Rockwill é uma manifestação prática dessa filosofia. Esta série utiliza ar seco (GWP = 0) como meio de isolamento, com uma tecnologia central que inclui um mecanismo de limite rotativo e um design de extinção de arco por pressão assistida por acionamento linear. Durante a separação dos contatos, ela comprime ativamente o ar para forçar a extinção do arco, alcançando um desempenho de interrupção comparável ao SF₆ com um meio de GWP zero, fornecendo assim uma alternativa confiável e pronta para a atualização verde das redes de distribuição.
Editado por:Garca