Valor Fundamental e Aplicações Inovadoras de Quadros de Distribuição de Média Tensão 12kV em Subestações Inteligentes

Com o rápido desenvolvimento das redes inteligentes e da integração de energia renovável, o equipamento de comutação de média tensão (MV), como o principal equipamento de distribuição de energia em subestações, determina diretamente a estabilidade do sistema elétrico através da sua confiabilidade, inteligência e eficiência espacial. Este artigo explora as tecnologias-chave, soluções específicas para cenários e benefícios práticos do equipamento de comutação de média tensão em subestações.

Requisitos Nucleares para Cenários de Subestação

1. Requisitos de Alta Confiabilidade

As subestações desempenham um papel crucial na distribuição de energia e proteção do sistema. Pontos chave relacionados ao Equipamento de Comutação de Média Tensão:

• Operação do Equipamento de Comutação de MV: Deve garantir um desempenho estável a longo prazo sob cargas elevadas e comutação frequente.
• Comparação de Taxa de Falhas:

• Equipamento de Comutação de Média Tensão Tradicional: ~1,2 falhas/unidade/ano
• Equipamento de Comutação de Média Tensão Inteligente: ~0,3 falhas/unidade/ano
  • Resistência Mecânica: Aumenta de 10.000 para mais de 20.000 operações.
  • Requisitos de Interrupção de Curto-Circuito:
• Sistemas de 12kV: Geralmente 31,5kA–40kA
• Projetos de energia renovável: Podem exigir ≥63kA

2. Adaptabilidade a Ambientes Complexos

Subestações em cidades, áreas industriais ou regiões remotas impõem desafios únicos ao equipamento de comutação de média tensão:

• Altitude Elevada: Correções de distância elétrica (por exemplo, sistemas de 12kV a 5000m de altitude requerem que a distância aumente de 125mm para 161mm).
• Áreas Poluídas: A distância de rastejamento deve ser aumentada (por exemplo, ≥25mm/kV para poluição de Classe III).
• Áreas Costeiras: Deve passar nos testes de névoa salina (por exemplo, teste CASS de 1000 horas).
• Temperatura e Umidade Elevadas: Sistemas de desumidificação inteligentes são essenciais.

3. Exigências de Atualização de Inteligência

A transformação digital aumenta a demanda por funções inteligentes no equipamento de comutação de MV:

• Suporta o protocolo de comunicação IEC 61850 para compartilhamento de dados e controle remoto.
• Monitoramento de estado (temperatura, corrente, status mecânico), previsão de falhas e diagnóstico remoto reduzem os custos de manutenção.

• Estudos mostram que sistemas de monitoramento inteligentes podem:
  • Reduzir a frequência de inspeções manuais em 70%.
  • Estender a vida útil do equipamento até três vezes.
  • Diminuir os custos anuais de manutenção em 35%.

4. Requisitos de Proteção de Segurança e Sísmicos

Padrões rigorosos de segurança para o equipamento de comutação de média tensão:

• Sistema de Intertravamento "Cinco-Prevenção": Previne erros críticos (por exemplo, mover o disjuntor sob carga).
• Proteção Interna de Arco: Canais de alívio de pressão limitam a pressão máxima a ≤48kPa.
• Projeto Sísmico: Deve suportar terremotos de alta intensidade (por exemplo, deformação ≤1,2mm sob intensidade sísmica de 9 graus).

5. Restrições de Espaço e Otimização de Layout

     Designs modulares para utilização eficiente de espaço:

• Equipamento de comutação de MV moderno usando postes de isolamento sólido reduz a pegada em 37,5% e diminui a resistência do circuito principal em mais de 40%.        

Soluções Tecnológicas Chave

1. Equipamento de Comutação de Média Tensão Metalizado (Representado pelo KYN28)

• Vantagem Estrutural: Compartimentos blindados segregados (disjuntor, barramento, cabo) impedem a propagação de falhas.
• Adaptabilidade Ambiental: Classificação de proteção IP4X ou superior, adequada para áreas poluídas e úmidas.
• Participação de Mercado: Domina o mercado (>60%), sendo a escolha principal para subestações.

2. Sistemas de Controle Inteligente para Equipamento de Comutação de Média Tensão

• Funções Nucleares:

• Relés de proteção baseados em microprocessador compatíveis com IEC 61850.
• Monitoramento em tempo real utilizando algoritmos de IA para prever a vida útil dos componentes (por exemplo, resistência mecânica do disjuntor até 100.000 operações).
  • Efeito do Caso: Um projeto da State Grid reduziu as taxas de falhas em 30% e os custos de manutenção em 20%.

3. Proteção de Segurança no Equipamento de Comutação de Média Tensão

• Mecanismo de Intertravamento "Cinco-Prevenção": Impõe sequências de operação segura.
• Proteção contra Arco Elétrico: Canais de alívio de pressão integrados e sistemas de extinção de arco.   

Cenários de Aplicação Típicos e Estudos de Caso

1. Caso 1: Atualização de Subestação Urbana de Utilidade
   • Desafio: Expansão de subestações antigas com crescimento de carga elevada.
   • Solução:

• Implementou equipamento de comutação a gás (GIS) com corrente nominal de 4000A, economizando 30% de espaço.
• Implementou uma plataforma em nuvem para gerenciamento remoto.
  • Resultados: A confiabilidade do fornecimento de energia aumentou em 15%; a duração das interrupções foi reduzida em 40%.

2. Caso 2: Conexão à Rede de Usina de Energia Renovável (Parque Eólico)

• Desafio: Ambiente hostil (neblina salina elevada, variações de temperatura) causando falhas.
• Solução:

• Melhorou o equipamento de comutação de MV metalizado com proteção IP54 e aquecedores embutidos.
• Módulos de comutação de carga capacitiva para energia eólica estável.
  • Resultados: A taxa de sucesso de conexão à rede melhorou em 15%; os custos operacionais foram reduzidos em 10%.

Tendências Futuras: Soluções Mais Verdes e Gêmeo Digital

1. Equipamento de Comutação de Média Tensão Amigável ao Meio Ambiente
   • Eliminação do SF₆, uso de tecnologia híbrida isolada com ar seco ou nitrogênio.
   • Novos materiais de isolamento melhoram a eficiência energética em 20%.

2. Integração de Gêmeo Digital para Equipamento de Comutação de MV

• Uso de Modelagem de Informações de Construção (BIM) para testes pré-instalação.
• Espelhamento de dados em tempo real otimiza a distribuição de carga e prolonga a vida útil.