Tecnologia e Teste de Unidade Principal em Anel com Isolamento Sólido de Média Tensão
1 Introdução
Os métodos de isolamento comuns para unidades de anel principal (RMUs) de média tensão de 10kV incluem o isolamento a gás, o isolamento sólido e o isolamento a ar.
• O isolamento a gás geralmente utiliza SF₆ como meio de isolamento. No entanto, uma única molécula de SF₆ tem um efeito estufa 25.000 vezes maior do que uma molécula de CO₂, e o SF₆ permanece na atmosfera por 3.400 anos, representando riscos ambientais significativos. As RMUs de média tensão estão amplamente distribuídas, tornando difícil e custoso o recuperação de SF₆ se for tratada de forma responsável.
• O isolamento a ar requer maiores distâncias de isolamento, impedindo uma redução significativa no tamanho do equipamento de comutação.
Com o rápido desenvolvimento das redes de distribuição de energia em áreas urbanas, aplicações como edifícios de grande altura e trânsito ferroviário exigem melhor desempenho das RMUs - necessitando de menores pegadas, alta segurança/confiabilidade, manutenção mínima e adequação ambiental. As RMUs de média tensão com isolamento sólido representam uma tendência crescente.
As RMUs de 10kV com isolamento sólido utilizam tecnologia de isolamento sólido em vez de gás SF₆. Seu volume é apenas 30% do equipamento comparável com isolamento a ar, oferecendo um desempenho de isolamento mais confiável e recebendo reconhecimento consistente de especialistas e usuários.
2 Materiais e Design de Isolamento
A análise de custos mostra que a estrutura de isolamento representa mais de 40% do preço total das RMUs com isolamento sólido. Selecionar materiais de isolamento adequados, projetar estruturas de isolamento racionais e determinar métodos de isolamento apropriados são cruciais para o valor da RMU.
Desde sua primeira síntese em 1930, a resina epóxi foi continuamente aprimorada com aditivos. É conhecida por sua alta resistência dielétrica, alta resistência mecânica, baixa contração volumétrica durante a cura e facilidade de usinagem. Portanto, usamos como material de isolamento primário para RMUs de média tensão, reforçado com endurecedores, agentes de tenacidade, plastificantes, cargas e pigmentos para formar resina epóxi de alto desempenho. Melhorias na resistência ao calor, expansão térmica e condutividade térmica fornecem retardância à chama e excelentes propriedades de isolamento tanto sob tensão operacional de longo prazo quanto sob sobretensões de curto prazo.
As estruturas de isolamento convencionais de RMUs criam campos elétricos não uniformes. Aumentar simplesmente as distâncias não é suficiente para melhorar a resistência do isolamento nesses campos. Otimizamos a estrutura do campo para melhorar a uniformidade. A resistência elétrica da resina epóxi varia de 22 a 28 kV/mm, o que significa que apenas alguns milímetros de distância são necessários entre as fases nas estruturas otimizadas, reduzindo drasticamente o tamanho do produto.
3 Design Estrutural de RMUs de Média Tensão com Isolamento Sólido
Interruptores a vácuo, disjuntores, interruptores de aterramento e todos os componentes condutores são colocados em moldes. A resina epóxi de alto desempenho é então fundida integralmente usando tecnologia de gelificação sob pressão automatizada. O meio extintor de arco é o vácuo, com isolamento fornecido pela resina epóxi.
A estrutura do gabinete adota um design modular para facilitar a produção em massa padronizada. Cada compartimento de RMU é separado por divisórias metálicas para conter arcos de falha dentro de módulos individuais. Conectores de barras de ônibus integrados e conectores de contato integrados são utilizados. A barra de ônibus principal consiste em barras de ônibus segmentadas, fechadas e isoladas, conectadas por conectores integrados telescópicos para instalação e comissionamento convenientes no local. A porta do gabinete apresenta um design interno à prova de arcos e permite o fechamento, abertura e aterramento (operação de três posições) com a porta fechada. O estado do interruptor é visível através de janelas de observação, garantindo operação segura e confiável.
4 Vantagens e Análise de Testes de Tipo de RMUs de Média Tensão com Isolamento Sólido
4.1 Principais Vantagens:
(1) Utiliza resina epóxi de alto desempenho para isolamento confiável e baixa descarga parcial.
(2) Estrutura totalmente isolada e selada sem partes vivas expostas. Não é afetada por poeira ou contaminantes. Adequada para diversos ambientes (temperaturas altas/baixas, altitudes elevadas, áreas propensas a explosões/contaminações). Elimina problemas como flutuações de pressão do gás SF₆ durante a operação em temperatura elevada ou liquefação em temperaturas extremamente baixas. Oferece vantagens distintas em áreas costeiras com alta neblina salina.
(3) Livre de SF₆ e sem gases perigosos - um produto ecológico. Design à prova de vazamentos elimina a manutenção regular. Resistência a explosões aprimorada adequada para locais perigosos. A estrutura totalmente isolada trifásica previne falhas fase-a-fase, garantindo segurança e confiabilidade.
(4) Ocupa apenas 30% do espaço necessário para RMUs com isolamento a ar - uma solução ultra-compacta.
4.2 Análise de Testes de Tipo
Com base nessas vantagens, foram realizados testes de tipo abrangentes, incluindo:
- Testes de isolamento (42kV/48kV de tensão suportada)
- Medição de descarga parcial (≤ 5pC)
- Testes de temperatura alta/baixa (+80°C / -45°C)
- Teste de condensação (Classe II de poluição)
- Teste de arco interno (0,5s)
Os resultados dos testes confirmaram que o produto atende plenamente às especificações, validando todas as vantagens declaradas.
Foram realizados adicionais testes de padrão nacional:
- Teste de aumento de temperatura
- Medição da resistência do circuito principal
- Testes de corrente máxima de pico suportada e corrente de curta duração suportada
- Teste de capacidade de ligação de curto-circuito nominal
- Teste de capacidade de interrupção de curto-circuito nominal
- Teste de resistência elétrica
- Teste mecânico
- Teste de falha a terra (fase-a-fase)
- Teste de comutação de corrente de carga ativa nominal
- Teste de comutação de corrente capacitiva nominal
Todos os resultados estão em conformidade com os padrões nacionais.
5 Pontos Chave de Construção
① Ao derramar concreto, derrame primeiro as vigas e colunas, seguidas pelas lajes. Derrame camada por camada ao longo da direção dos tubos de forma (nota: tradução ajustada para maior clareza técnica), distribuindo o concreto sobre o sistema de formas CBM autostabilizante antes de vibrar para baixo. Deposite a primeira camada de concreto até metade da altura da forma, vibrate simetricamente em ambos os lados. Use vibradores ≤35mm de diâmetro (geralmente 30mm) para penetração e vibração uniformes. Evite lacunas, subvibração ou contato com a forma. Espaçamento ≤25cm, duração ≤3s por ponto. Após confirmar a compactação, vibre novamente a camada superficial com um vibrador de nivelamento antes da configuração inicial, seguido de nivelamento e compactação com uma régua de madeira.
② Tubulações de água/elétricas devem ser colocadas entre as nervuras entre as unidades de formas CBM autostabilizantes. Se passarem através de uma unidade, use um tamanho de forma menor. Durante a instalação de formas e derramamento de concreto, construa plataformas de trabalho. Posicione suportes de tubulação de bomba de concreto nessas plataformas. Pessoal não deve andar diretamente sobre as formas, e materiais não devem ser empilhados diretamente nelas.
6 Desempenho Engenhístico das Formas CBM Autostabilizantes
① Aumento da Altura Líquida
Comparado aos sistemas de viga-laje convencionais, os dois projetos utilizando lajes oco-canal reduziram a espessura estrutural por andar em 30 a 50cm, aumentando a altura líquida. As formas CBM autostabilizantes são ideais para estruturas industriais/públicas de grande vão e carga pesada. Garantem distribuição uniforme de forças e permitem o posicionamento flexível de paredes divisórias.
② Redução de Custos
O sistema de laje oco-canal CBM apresenta uma grade ortogonal em forma de "I" e nervuras ocultas próximas, permitindo a transferência equilibrada de forças. Com base nos dois projetos, reduziu o aço de armadura em 27%, o volume de concreto em 29% e a área de formas em 46% em comparação com estruturas convencionais de quadro de concreto armado. Os custos totais de construção diminuíram em 26,3%.
③ Simplificação da Construção
As formas CBM oferecem alta resistência, peso leve, resistência a impactos e estruturas de suporte integradas para fácil instalação. Com vigas ocultas, a parte inferior da laje permanece plana, simplificando as operações de formas e escoramento.
④ Peso Leve, Desempenho Otimizado
As lajes oco-canal CBM reduzem o peso próprio da estrutura em 27,6% com base nos cálculos, otimizando o projeto de vigas, lajes, colunas e fundações.
7 Discussão sobre Questões de Construção com Formas CBM
① Garantir a compactação do concreto da alma inferior é desafiador. Vazamentos nas lajes oco-canal CBM são difíceis de remediar.
Diferentemente das lajes convencionais, onde o concreto é colocado diretamente em uma única superfície, as lajes CBM têm almas superior e inferior. Obter a compactação na alma inferior requer vibração meticulosa com vibradores de pequeno diâmetro e vibradores externos. Após isso, as vigas ocultas e a laje superior são derramadas, exigindo grande cuidado e supervisão de controle de qualidade dedicada.
A frequência de fissuras nas lajes CBM é comparável ou ligeiramente inferior às lajes convencionais. No entanto, ocorreram vazamentos nos telhados de subsolo e lajes de cobertura de ambos os projetos. Identificar a causa é difícil - possíveis fontes incluem fissuras na alma superior, infiltração de água através de formas adjacentes ou conduítes dentro das nervuras. Por vazamento, o esforço/custo de reparo é 5 a 8 vezes maior do que para lajes convencionais.
② Juntas de Construção e Faixas de Expansão Requerem Projeto Detalhado
As localizações das juntas de expansão estrutural são geralmente especificadas pelos códigos de design. No entanto, a natureza de dupla alma das lajes CBM complica o derramamento se uma junta estiver próxima a uma unidade de forma: garantir a união entre o concreto novo e antigo na alma inferior e conter a argamassa é difícil. No local, as localizações das juntas devem ser ajustadas com base no layout das formas para garantir que as juntas fiquem dentro das nervuras entre as unidades de formas. Pode ser necessário redimensionar unidades adjacentes.
Com as lajes CBM geralmente cobrindo grandes áreas, os designers frequentemente negligenciam a colocação de juntas de construção. Para garantir a união adequada dentro do tempo de configuração inicial, a equipe no local deve determinar as localizações das juntas considerando os limites de largura de derramamento e as capacidades de recursos. As juntas devem atender aos requisitos do código e ser colocadas dentro das nervuras.
③ Difícil Mitigação da Flutuação das Formas
Se a flutuação das formas ocorrer durante o derramamento, as medidas contrárias existentes (remover a armadura superior, limpar o concreto, refixar as formas) são impraticáveis e frequentemente ineficazes. Atualmente, a única solução é quebrar/remover a unidade flutuada, colocar armadura adicional e derramar concreto sólido ali. A rigorosa monitorização no local da fixação das formas e medidas anti-flutuação é essencial durante a construção.
