Unidades de Anel Principal SF₆ (RMUs) e Renovação da Rede Urbana

Visão Geral​
As redes de distribuição mais antigas são principalmente radiais em estrutura, com a maioria das linhas de entrada e saída sendo linhas aéreas. O equipamento de comutação geralmente consiste em disjuntores de vácuo isolados a ar ou disjuntores de pouca óleo. Essas redes sofrem de falhas frequentes, custos operacionais elevados e interrupções de energia prolongadas e generalizadas em caso de falha, o que prejudica significativamente o desenvolvimento econômico.

Com o rápido crescimento econômico e a implementação da renovação da rede urbana, a demanda por maior confiabilidade no fornecimento de energia aumentou. As Unidades de Distribuição Principal (RMUs) totalmente isoladas, totalmente seladas, sem manutenção e compactas SF₆ tornaram-se novamente uma garantia para o fornecimento confiável de energia.

​1 Tipos e Características Estruturais de RMUs SF₆​

​1.1 Tipos de RMUs SF₆​
Os RMUs SF₆ podem ser classificados em dois tipos principais com base na estrutura: Tipo Tanque Comum e Tipo Unidade Modular. Os RMUs do Tipo Tanque Comum iniciais geralmente apresentavam uma entrada, um laço e uma saída, adequados para cargas menores. No entanto, com o aumento das demandas de carga, surgiu o Tipo Unidade Modular expansível, oferecendo uma capacidade de distribuição máxima de até 10 MVA.

Os RMUs SF₆ podem ser categorizados por função em Tipo Cabo, Tipo Fusível e Tipo Disjuntor SF₆:

• ​Tipo Cabo:​​ Utilizado para entradas/saídas de cabos. A corrente nominal é de 630A.
• ​Tipo Fusível:​​ Pode ser conectado diretamente a transformadores. A corrente nominal é de 200A. No entanto, considerando o efeito de aquecimento dos fusíveis, cada RMU é limitado, na prática, a fornecer transformadores de até 1600 kVA em aplicações reais.
• ​Tipo Disjuntor SF₆:​​ Utilizado para proteger transformadores acima de 1600 kVA. Também pode servir como unidade de entrada ou seção de barramento com proteção contra sobrecorrente e disparo instantâneo. Sua corrente nominal é de 630A, com um tempo total de interrupção de falha de 95ms.
  As configurações básicas dos RMUs SF₆ estão mostradas na figura abaixo.

​1.2 Características Estruturais dos RMUs SF₆​
O RMU do Tipo Tanque Comum SF₆ geralmente consiste em um tanque de gás, um compartimento de mecanismo de operação e um compartimento de conexão de cabo. O Tipo Unidade Modular requer adicionalmente um compartimento de conexão de barramento.

Os RMUs SF₆ têm as seguintes quatro características principais:

1. ​Tanque de Gás:​​ Esta é a parte mais crítica do RMU. O tanque de gás contém o interruptor de carga, os barramentos, o eixo do interruptor e o gás SF₆.
• O interruptor de carga é um interruptor de 3 posições, incluindo um interruptor de faca isolador e um canalizador de arco.
• O contato móvel do interruptor de faca tem dois rebites especiais feitos de liga de níquel-cromo, que servem a dois propósitos:
• Fornece lubrificação seca durante a abertura/fechamento do interruptor, garantindo que a resistência de contato entre os contatos móveis e fixos não aumente após uso prolongado.
• Devido ao ponto de fusão elevado da liga de níquel-cromo, o contato móvel não derreterá devido ao calor gerado pelas correntes de curto-circuito durante o fechamento ou períodos de resistência.
• O canalizador de arco contém placas de desionização que alongam o arco, reduzem a energia do arco e minimizam a quantidade de vapor metálico e produtos de decomposição do SF₆ gerados quando o interruptor de carga interrompe a corrente de carga.
• A parte do barramento em contato com o interruptor de faca é o contato fixo. Além de atender aos requisitos de capacidade de corrente nominal e estabilidade dinâmica/térmica, o design e fabricação do barramento também consideram os efeitos do campo eletromagnético para minimizar o impacto do campo magnético.
• O eixo do interruptor penetra o tanque de gás e se conecta ao compartimento do mecanismo de operação, permitindo que os operadores fora do compartimento controlem os estados de fechamento, abertura e aterramento do interruptor. Uma estrutura de duplo selo é usada no ponto de penetração (a única conexão móvel entre o tanque e o exterior), garantindo rigorosamente a estanqueidade do tanque durante a evacuação a vácuo e o enchimento de gás.
• A taxa de vazamento anual do gás SF₆ é apenas 0,0035%. Esta baixa taxa de vazamento é crucial para a operação segura a longo prazo do RMU.
• Além do gás SF₆ para isolamento e extinção de arco, o tanque de gás também contém Óxido de Alumínio (Al₂O₃), que acelera a regeneração do gás SF₆ e age como um excelente dessecante, mantendo a qualidade do gás SF₆ e minimizando falhas de arco. Em caso de tal falha, uma membrana antidesabamento abaixo do tanque protege o pessoal liberando gases quentes diretamente para a vala de cabo abaixo ou atrás da unidade, longe dos operadores na frente.
• O tanque de gás é construído com chapas de aço inoxidável de 3mm de espessura, soldadas dos dois lados.
2. ​Compartimento do Mecanismo de Operação:​​ O mecanismo de operação interno se conecta ao interruptor de carga e ao interruptor de aterramento através do eixo do interruptor. Usando uma haste de operação inserida no orifício de operação, os operadores podem facilmente realizar operações de fechamento, abertura e aterramento com esforço mínimo (apenas 60 N·m necessários).
• Como os contatos do interruptor não são visíveis, o mecanismo de operação possui um indicador de posição diretamente ligado ao eixo do interruptor, mostrando claramente o estado atual do interruptor de carga e do interruptor de aterramento.
• São instalados travamentos mecânicos entre o interruptor de carga, o interruptor de aterramento e a placa frontal, atendendo aos cinco requisitos de travamento de segurança (funções anti-erro).
• Tanto o interruptor de carga quanto o interruptor de aterramento são equipados com mecanismos de rápida abertura/fechamento, garantindo que as velocidades de abertura/fechamento sejam independentes da velocidade do operador.
• Interruptores com proteção por fusível (dispositivos de comutação do tipo TS) também possuem um dispositivo de disparo automático, disponível em versões mecânicas ou elétricas. O princípio de disparo mecânico: durante uma falha de curto-circuito no circuito da unidade, o fusível derrete no primeiro meio ciclo (~10ms) da corrente de falha. O pino de disparo do fusível impacta o mecanismo de disparo, fazendo com que o interruptor de carga se abra. O tempo total de interrupção de falha é apenas 35ms, protegendo efetivamente a unidade e impedindo a propagação da falha para unidades adjacentes. Além disso, devido ao excelente desempenho mecânico, a corrente de transferência dos dispositivos de comutação do tipo Fusível pode chegar a 2300A.
• Cadeados podem ser adicionados às alavancas de operação na placa frontal do compartimento do mecanismo de operação para evitar operações não autorizadas.
• Para operação segura, um manômetro de pressão de gás, diretamente conectado ao tanque de gás e vedado contra umidade (evitando embaçamento no mostrador), é instalado no compartimento, permitindo que o pessoal de manutenção monitore o status do RMU a qualquer momento.
• Um indicador de tensão também é instalado no compartimento do mecanismo de operação, permitindo que os operadores monitorem a energização do circuito (indicador de lâmpada de néon) e verifiquem a fase (usando tomadas de teste).
3. ​Compartimento de Conexão de Cabo:​​ Localizado na frente do RMU com uma altura de 1220mm, fornecendo amplo espaço para terminação de cabos.
• As conexões de cabos aos encaixes do RMU utilizam acessórios de cabo de silicone livre de amianto (AFTS) ou com kit (AWK).
• As seções transversais de cabos de cobre ou alumínio variam de 25 a 240 mm² (para dispositivos de comutação do tipo Fusível) ou 35 a 400 mm² (para dispositivos de comutação do tipo Cabo).
4. ​Compartimento de Conexão de Barramento (Unidades Modulares):​​ Posicionado abaixo do tanque de gás. Três encaixes são dispostos em uma configuração escalonada "em degraus", minimizando efetivamente os requisitos de espaço e facilitando as conexões de barramento.
• Os encaixes são do tipo condutor oco, permitindo que os barramentos de tubo de cobre sejam diretamente parafusados aos barramentos dentro do tanque de gás.
• São usados barramentos de tubo de cobre isolados com silicone, aumentando efetivamente a capacidade de condução de corrente e reduzindo o espaçamento de fases (apenas 110mm).
• As conexões entre os barramentos e os encaixes usam conectores de silicone (conectores terminais do tipo E e conectores de extensão do tipo T) e tampas de rosca para conexões elétricas contínuas diretamente nos encaixes. Estes barramentos suportam condições adversas, como condensação de umidade, poeira condutora e depósitos de sal, sem falhar.
• Adicionalmente, a frente do compartimento de barramento é protegida por uma placa de aço separada e aterrada, separando-o do compartimento de conexão de cabo.

​2 Parâmetros Técnicos e Aplicações dos RMUs SF₆​

​2.1 Parâmetros Técnicos​

​2.2 Aplicações dos RMUs SF₆​
Devido ao seu tamanho compacto, ausência de manutenção e alta confiabilidade, os RMUs SF₆ são particularmente adequados para a distribuição de energia em instalações críticas, edifícios de grande altura, complexos residenciais e redes urbanas. Eles reduzem significativamente os custos operacionais e a pegada.

• ​Tipo Tanque Comum de 3 Unidades:​​ Dimensões de apenas 980mm × 635mm × 1050mm, tornando-o ideal para transformadores de quiosques e aplicações externas.
• ​Tipo Cabo Modular:​​ Pode incorporar caixas de derivação, suportando configurações de até uma entrada e três saídas (ou seja, entrada via o compartimento de barramento, com três saídas conectadas em paralelo via o compartimento de conexão de cabo).
• ​Tipo Fusível Modular:​​ Adequado para locais distantes de subestações onde opera apenas um transformador. Para alcançar o controle local do transformador sem a necessidade de uma unidade de entrada adicional, o cabo de entrada pode ser conectado diretamente ao compartimento de barramento de uma unidade de dispositivo de comutação do tipo TS, fornecendo a mesma funcionalidade.
• ​Dispositivo de Comutação do Tipo Disjuntor:​​ Equipado com proteção contra sobrecorrente e disparo instantâneo. Pode servir como unidade de proteção de transformador, unidade de entrada ou unidade de seção de barramento. Para permitir o disparo remoto ou disparo mediante a operação do relé de proteção de gás do transformador (para dispositivos de comutação do tipo Fusível), basta adicionar uma bobina de disparo eletromagnética ao mecanismo de operação e fornecer uma alimentação de 220V CA ou 24V CC ao circuito.
  ​Operação Motorizada:​​
• Para automação de distribuição, pode-se adicionar um motor elétrico ao compartimento do mecanismo de operação, juntamente com uma caixa de controle de 350mm de altura montada no topo. A operação local por botão (abrir/fechar) permanece possível.
• A adição de um dispositivo de comutação automática (ATS) permite a comutação automática entre duas fontes de entrada, com ou sem uma configuração primária/reserva definida.
• Os motores elétricos geralmente estão disponíveis em vários níveis de tensão (220V CA, 220V CC, 110V CC, 48V CC, 24V CC) para seleção do usuário.
• Um indicador de falha de curto-circuito pode ser instalado na placa frontal do compartimento do mecanismo de operação, com sinais transmitidos para a sala de controle remota. Este indicador pode ser reiniciado automaticamente, manualmente ou remotamente.
• Transformadores de Corrente (TCs) de baixa tensão de passagem central podem ser adicionados ao compartimento de conexão de cabo para medição de corrente.
• Parar-raios também podem ser instalados dentro de dispositivos de comutação do tipo Cabo para proteção do RMU.
  As funções de automação de distribuição focam principalmente em cinco áreas: Aquisição de Dados, Monitoramento e Controle, Isolamento de Falhas e Restauração de Serviço, Sistema de Informação Geográfica (SIG) e Estatísticas e Relatórios de Dados.
• A implementação de automação de distribuição requer que o equipamento primário tenha mecanismos de operação motorizados e Unidades Terminais de Alimentação (FTUs) ou Unidades Terminais Remotas (RTUs).
• O cabo de fibra ótica é o meio de comunicação preferido. Os protocolos de comunicação devem ser padrões internacionalmente reconhecidos familiares aos usuários, como IEC 870, DNP 3.0 ou TCP/IP.
• A plataforma de software SCADA da sala de controle deve ser capaz de multitarefas e multiusuários, como UNIX.
• O banco de dados deve ser estável com capacidade de processamento suficiente, como Oracle.
  Esta solução é particularmente adequada para RMUs localizados ao ar livre ou distantes de fontes de energia de baixa tensão, pois garante a operação simultânea de dois motores de 150W mais de 50 vezes.

​3 Ciclo de Vida​
A vida útil dos RMUs SF₆ é tipicamente de 25 a 30 anos, e eles podem ser convenientemente retroajustados com equipamento de automação de distribuição. Portanto, os RMUs SF₆ devem ser a escolha preferida para projetos de renovação de redes urbanas.