Solução de Design de Unidade Principal de Anel com Isolamento a Ar Seco de 24kV

A combinação de ​Solid Insulation Assist + Dry Air Insulation​ representa a direção de desenvolvimento para RMUs de 24kV. Ao equilibrar os requisitos de isolamento com a compactação e utilizando isolamento auxiliar sólido, os testes de isolamento podem ser passados sem aumentar significativamente as dimensões entre fases e entre fase e terra. O encapsulamento da coluna do poste solidifica o isolamento para o interrompedor a vácuo e seus condutores de ligação.

Mantendo o ​espaçamento de fases da barra de saída de 24kV em 110mm, a intensidade do campo elétrico e o coeficiente de não uniformidade podem ser reduzidos pelo encapsulamento da superfície da barra. ​Tabela 4​ calcula o campo elétrico sob diferentes espaçamentos de fases e espessuras de isolamento da barra. Mostra que aumentar apropriadamente o espaçamento de fases para ​130mm​ e aplicar um ​encapsulamento de epóxi de 5mm​ à barra redonda resulta em uma força de campo elétrico de ​2298 kV/m. Isso mantém uma certa margem abaixo da máxima resistência suportada pelo ar seco (3000 kV/m).

​Tabela 4: Condições de Campo Elétrico sob Diferentes Espaçamentos de Fase e Espessuras de Isolamento da Barra​

Devido à ​baixa resistência de isolamento do ar seco, o isolamento sólido sozinho não pode resolver o problema de tensão suportada pela lacuna de isolamento. Uma ​configuração de duplo isolamento e interrupção​ distribui efetivamente a tensão em duas lacunas de gás. Anéis de graduação (escudos de campo) são projetados em áreas de campo concentrado, como contatos fixos de isolamento e aterramento, para reduzir a força do campo e minimizar as dimensões da lacuna de ar. Como mostrado em ​Figura 3, um eixo principal de nylon reforçado rotaciona o mecanismo de dupla interrupção para alcançar estados operacionais, de isolamento e aterramento. Anéis de graduação nos contatos fixos, com um ​diâmetro de 60mm​ e encapsulamento de epóxi, permitem um ​espaço de 100mm​ para suportar uma ​tensão de impulso de raio de 150kV.

Outras abordagens, como ​disposições de fase segregadas longitudinalmente, usando tanques monofásicos de liga de alta resistência, ou aumentando moderadamente a pressão do gás, também podem atender aos requisitos de resistência de 24kV. No entanto, os RMUs exigem ​baixo custo, e custos excessivamente altos são inaceitáveis para os usuários. Através de um design otimizado, como aumentar moderadamente a largura do RMU, o objetivo de ​baixo custo e miniaturização​ pode ser alcançado para RMUs de 24kV com isolamento a gás ecológico.

​1. Disposição dos Interruptores de Terra em RMUs Ecológicos a Gás​
Dois métodos principais de circuito podem implementar funções de aterramento:

• Interruptor de terra lateral de saída (interruptor de terra inferior)
• Interruptor de terra lateral da barra (interruptor de terra superior), opcionalmente classificado E0, requerendo coordenação com o interruptor principal para operações de aterramento.

​O "Plano Padrão de Design de RMUs (Gabinetes) de 12kV" da State Grid, edição de 2022​, especifica que todos os interruptores de três posições (isolar, conectar, aterrar) devem utilizar a disposição lateral da barra, denominada "Interruptor de Terra Combinado Lateral da Barra".

As regulamentações de segurança de energia exigem que ​não exista nenhum disjuntor (CB) ou fusível entre o condutor de terra/interruptor de terra e o equipamento em manutenção. Se houver um CB entre o interruptor de terra e o equipamento devido a restrições de design, medidas devem garantir que o CB não possa abrir após ambos, o interruptor de terra e o CB, estarem fechados. Portanto:

• Um ​Interruptor de Terra Lateral de Linha, localizado a jusante do CB, conecta-se diretamente ao cabo de saída aterrado, atendendo naturalmente a regulamentação, pois não existe CB entre ele e o equipamento.
• Um ​Interruptor de Terra Lateral da Barra, localizado a montante do CB, tem o CB a vácuo entre ele e o cabo de saída aterrado, violando o requisito de conexão direta. Após fechar o interruptor de terra e o CB, ​medidas que previnam a abertura do CB​ devem ser implementadas. Exemplos incluem desconectar o circuito de disparo do CB via uma placa de bloqueio ou usar travas mecânicas para prevenir a abertura acidental do CB e a subsequente perda de aterramento.

O padrão da rede nacional também exige ​intertravamentos mecânicos e elétricos​ para ​prevenir a abertura manual ou elétrica do CB​ quando o interruptor de terra combinado está utilizando o CB (fechado) para aterrar o lado do cabo.

A razão principal para escolher o Interruptor de Três Posições de Isolamento e Aterramento Lateral da Barra no padrão da rede nacional é a ​capacidade de fazer aterramento/terra:

• ​RMUs SF6: O SF6 tem ~3 vezes a resistência de isolamento do ar e ~100 vezes maior capacidade de extinção de arco devido ao resfriamento superior, garantindo uma adequada capacidade de fechamento do interruptor de terra.
• ​RMUs Ecológicos a Gás: Os gases ecológicos carecem de capacidade intrínseca de extinção de arco e têm pior isolamento. Atender à capacidade de fechamento necessária demanda ​velocidades de fechamento muito altas. No entanto, os mecanismos de operação padrão de RMUs não possuem a energia para tais velocidades. Usar um interruptor de terra lateral de linha requer mecanismos de alta velocidade mais caros, contatos resistentes a arcos robustos e análise de forças, aumentando o custo e a complexidade. ​Interruptores de Terra Laterais da Barra, embora exijam soluções de intertravamento com CB, oferecem maior capacidade de fechamento e podem garantir a confiabilidade do aterramento.

​Análise da Tecnologia e Produtos SF6 vs. Eco-Gás​ indica que ​RMUs Ecológicos a Gás de 12kV​ podem atender aos requisitos de isolamento e aumento de temperatura com um aumento mínimo de tamanho, representando uma solução técnica madura.

Por outro lado, ​Produtos de 24kV com Isolamento a Gás Ecológico​ ainda são limitados. O desafio chave é o nível de tensão significativamente mais alto, levando a dimensões muito maiores e custos mais elevados, impedindo o desenvolvimento. Equilibrar fatores como ​tipo de gás isolante, pressão de enchimento, volume do tanque de gás e custo de isolamento auxiliar​ é crucial para projetar ​RMUs de baixo custo e compactos. Substituir com sucesso o SF6 não apenas capturará o mercado doméstico, mas também permitirá a ​expansão global, promovendo produtos chineses de baixa emissão de carbono e ecológicos em todo o mundo.