Definição, componentes e aplicações para painéis isolados a gás

Aparelhagem isolada a gás (GIS) é um equipamento elétrico que utiliza um gás como o hexafluoreto de enxofre (SF6) para isolar e proteger diferentes partes de um sistema de energia. É composto por compartimentos fechados em metal que contêm disjuntores, seccionadores, barramentos, transformadores, seccionadores de aterramento, pára-raios e outros componentes. O GIS é predominantemente utilizado para fins de média e alta tensão, especialmente em situações onde o espaço é limitado e a confiabilidade é crucial.

Este artigo definirá o GIS, incluindo seus benefícios, desvantagens e usos. Além disso, compararemos o GIS com o AIS, a forma tradicional de painel que utiliza ar para isolamento.

O que é painel isolado a gás?

A painel de distribuição isolado a gás(GIS) é caracterizado como um painel com invólucro metálico que emprega um gás, como o SF6, como isolamento primário entre as partes ativas e o invólucro metálico aterrado. O gás oferece resistência dielétrica superior, estabilidade térmica e impressionantes capacidades de extinção de arco.

Os principais componentes de um SIG são:

Disjuntores:Esses dispositivos são projetados para interromper o fluxo de corrente elétrica em um circuito quando surge um problema. Eles utilizam vácuo ou SF6 como meio de interrupção, escolhido com base na tensão e na finalidade do circuito.

Seccionadores:Esses dispositivos são capazes de isolar uma parte específica de um circuito do resto do sistema, permitindo a realização de manutenção ou testes sem interromper todo o sistema. Eles utilizam SF6 como meio de isolamento e podem ser controlados manualmente ou remotamente.

Barramentos de ônibus:Esses condutores ligam várias seções do sistema elétrico, como geradores, transformadores e alimentadores. Eles utilizam SF6 para isolamento e são configurados em uma configuração trifásica.

Transformadores:Esses dispositivos podem modificar o nível de tensão de um circuito elétrico, utilizando SF6 como meio isolante. Eles podem ser classificados como transformadores de potência ou transformadores de instrumento, que incluem transformadores de corrente ou transformadores de tensão.

Interruptores de terra:Esses dispositivos são usados ​​para segurança e aterramento, conectando parte do circuito à terra. Eles utilizam SF6 como meio de isolamento e podem ser controlados manualmente ou à distância.

Pára-raios:Esses dispositivos são projetados para proteger circuitos contra surtos de tensão causados ​​por raios ou eventos de comutação. Eles utilizam SF6 como material isolante e podem ser classificados em dois tipos: varistores de óxido metálico (MOVs) ou centelhadores.

Os componentes estão alojados dentro de um invólucro metálico preenchido com gás SF6 a uma pressão específica. O invólucro é categorizado em diversas seções seladas, separadas por divisórias estanques ao gás. As seções são interligadas por tubos e válvulas de gás que facilitam o fluxo do gás e a regulação da pressão.

O gabinete vem com sensores, monitores, indicadores, alarmes e dispositivos de controle para garantir o funcionamento seguro e eficiente do GIS. Dependendo das condições ambientais e das necessidades de design, o recinto pode ser situado no interior ou no exterior.

Como funciona o painel isolado a gás?

O princípio principal da operação do GIS é usar o gás SF6 como isolante e extintor de arco. O gás SF6 tem diversas vantagens sobre o ar como meio de isolamento.

◆　Tem uma rigidez dielétrica maior que o ar, o que significa que pode suportar tensões mais altas sem quebrar.

◆　Possui peso molecular inferior ao do ar, o que significa que possui maior condutividade térmica e pode dissipar o calor com mais eficiência.

◆　Tem uma eletronegatividade mais alta que o ar, o que significa que pode capturar elétrons livres de forma mais eficaz e reduzir a ionização no arco.

Essas propriedades tornam o gás SF6 ideal para aplicações GIS, onde o espaço é limitado e a confiabilidade é essencial.

A operação do GIS pode ser explicada usando um exemplo de disjuntor trifásico. Em condições normais, os contatos do disjuntor estão fechados e a corrente flui através deles. Quando ocorre uma falha no circuito, como um curto-circuito ou uma sobrecarga, os contatos se separam e ocorre um arco entre eles.

O arco é composto de gás ionizado que conduz eletricidade. O arco gera calor e pressão que podem danificar os contatos e outros componentes. Para evitar isto, o arco deve ser extinto o mais rápido possível.

O processo de extinção de arco em SIG envolve dois mecanismos: interrupção térmica e interrupção dielétrica.

Interrupção térmica:Este processo depende da redução da temperatura do arco elétrico através da transferência de calor para o gás próximo. À medida que o arco fica mais frio, sua resistência aumenta, fazendo com que a corrente diminua até atingir zero em um ponto de cruzamento zero da corrente natural. Quando isso acontece, o arco é apagado.

Interrupção dielétrica:Este sistema depende do aumento da capacidade do gás de resistir à ruptura elétrica, eliminando as partículas ionizadas no caminho do arco elétrico. Quando o arco é interrompido, o gás SF6 entra no espaço e captura os elétrons não ligados, criando moléculas sem carga que não podem transportar corrente elétrica. A capacidade do gás de resistir à quebra retorna rapidamente ao normal, impedindo o reacendimento do arco.

Após a extinção do arco, os contatos fecham novamente e o circuito é restaurado. Um sistema de gerenciamento de gás monitora e controla a pressão do gás SF6 e também garante a qualidade do gás e a detecção de vazamentos.

Aplicações de painéis isolados a gás.

O GIS é amplamente utilizado em diversas aplicações devido à sua compactação, confiabilidade e baixos requisitos de manutenção. Algumas das aplicações comuns do GIS são:

Áreas urbanas ou industriais:O GIS é ideal para áreas urbanas ou industriais onde o espaço é escasso e os níveis de poluição são elevados. O GIS pode ser instalado em ambientes internos ou externos, em telhados, plataformas subterrâneas ou offshore, sem afetar o meio ambiente ou a estética.

Geração e transmissão de energia:O GIS é usado para conectar usinas de energia à rede, bem como para transmitir e distribuir energia por longas distâncias e em diferentes níveis de tensão. O GIS pode lidar com altas correntes e tensões, bem como fornecer funções de proteção e controle para sistemas de energia.

Integração de energias renováveis:O GIS é usado para integrar fontes de energia renováveis, como parques eólicos ou usinas solares, na rede. O GIS pode fornecer conexões flexíveis e confiáveis, bem como regulação de tensão e frequência para geração de energia intermitente.

Ferrovias e metrôs:O GIS é usado para fornecer energia a ferrovias e metrôs, bem como para controlar e proteger seus sistemas elétricos. O GIS pode reduzir perdas e melhorar a eficiência, bem como proporcionar segurança e confiabilidade aos passageiros e operadores.

Data centers e fábricas:O GIS é usado para fornecer energia a data centers e fábricas, onde energia ininterrupta e de alta qualidade é essencial para sua operação. O GIS pode fornecer alta disponibilidade, redundância e tolerância a falhas, bem como reduzir interferências eletromagnéticas e harmônicas.

Comparando painéis isolados a gás com painéis isolados a ar.

Aparelhagem isolada a gás (GIS) tem diversas vantagens sobre o painel isolado a ar (AIS), que é o tipo convencional de painel que utiliza ar como meio de isolamento. Algumas das vantagens do SIG são:

Economia de espaço:Os Sistemas de Informação Geoespacial (GIS) podem minimizar significativamente os requisitos espaciais de uma subestação, diminuindo sua área ocupada em até 90% quando comparados com painéis isolados a ar (AIS). Esta notável redução é alcançável uma vez que o GIS pode ser alojado num edifício de um ou vários andares ou enterrado no subsolo, eliminando assim a necessidade de uma ampla área aberta normalmente exigida pelo AIS para instalação e manutenção.

Segurança:A tecnologia do Sistema de Informação Geográfica (GIS) pode melhorar significativamente a segurança do pessoal e dos equipamentos, erradicando os riscos associados às peças energizadas e aos riscos de arco elétrico. Além disso, o GIS minimiza a probabilidade de incêndio, explosão ou poluição ambiental, pois contém gás SF6 em um invólucro seguro e à prova de vazamentos.

Confiabilidade:Um Sistema de Informação Geográfica (GIS) pode aumentar a confiabilidade de uma fonte de alimentação, minimizando o número de componentes móveis e conexões que podem deteriorar-se ou funcionar mal. Além disso, o GIS tem uma vida útil mais longa em comparação com um Sistema de Identificação Automática (AIS), uma vez que é menos suscetível a influências ambientais como umidade, poeira, corrosão ou poluição.

Manutenção:O uso do GIS pode reduzir as despesas de manutenção e minimizar o tempo de inatividade porque precisa de menos manutenção e verificações regulares em comparação com o AIS. O GIS está equipado com recursos de autodiagnóstico que podem identificar problemas e notificar os operadores antes que eles aumentem.

No entanto, o SIG tem desvantagens em comparação com o AIS, particularmente em termos de custo. O GIS é mais caro que o AIS em termos de custos iniciais e despesas operacionais contínuas. Isto se deve à necessidade de tecnologia e materiais mais avançados, juntamente com padrões de qualidade e processos de teste mais rígidos.

Complexidade:O GIS apresenta um nível mais elevado de complexidade na sua concepção e implementação em comparação com o AIS devido à necessidade de maior coordenação e integração entre vários componentes e sistemas, incluindo gestão de gás, protecção, controlo, comunicação, entre outros.

Disponibilidade:O GIS pode nem sempre ser tão acessível como o AIS, particularmente em situações em que ocorre uma falha dentro de um compartimento, impactando vários componentes. Isto se deve ao fato de que o GIS normalmente exige uma quantidade maior de tempo e recursos para identificar e corrigir a falha em comparação com o AIS. Como resultado, a decisão de optar por GIS ou AIS depende de uma série de factores, incluindo condições do local, requisitos técnicos, considerações económicas e preferências individuais.

Tipos e modelos de painéis isolados a gás.

Existem diferentes tipos e modelos de painéis isolados a gás disponíveis em vários fabricantes. Alguns dos tipos comuns são:

SIG de fase isolada:Neste tipo, cada fase do circuito é montada separadamente em seu compartimento. Este tipo requer mais espaço que outros tipos de GIS, mas evita faltas fase a fase.

GIS trifásico integrado:Neste tipo, todas as três fases do circuito são montadas em um único compartimento. Este tipo reduz a necessidade de espaço em um terço em comparação com o GIS de fase isolada.

SIG híbrido:Neste tipo, é utilizada uma combinação de elementos fase isolados e trifásicos. Este tipo proporciona um equilíbrio entre economia de espaço e prevenção de falhas.

SIG compacto:Neste tipo, mais de um elemento funcional é encapsulado em um único compartimento. Por exemplo, um disjuntor, um seccionador e um transformador de corrente podem ser combinados em um módulo. Este tipo reduz ainda mais a necessidade de espaço em comparação com outros tipos de GIS.

Sistema altamente integrado (HIS):Neste tipo, todos os equipamentos da subestação são encapsulados em um único gabinete. Este tipo oferece uma solução completa para uma subestação externa em uma única unidade, eliminando a necessidade de conexões externas e reduzindo o tempo de instalação.

Conclusão.

Aparelhagem isolada a gásé um tipo de equipamento elétrico que utiliza um gás, como o SF6, como isolamento primário e meio de extinção de arco. Consiste em compartimentos revestidos de metal que abrigam vários componentes do sistema de energia, como disjuntores, seccionadores, barramentos, transformadores, chaves de aterramento, pára-raios, etc.

O GIS tem diversas vantagens sobre os painéis isolados a ar, como economia de espaço, segurança, confiabilidade e baixa manutenção. No entanto, o SIG também apresenta algumas desvantagens, como alto custo, complexidade e menor disponibilidade em alguns casos.

O GIS é amplamente utilizado em diversas aplicações, como áreas urbanas ou industriais, geração e transmissão de energia, integração de energia renovável, ferrovias e metrôs, data centers e fábricas. Dependendo do nível de tensão e dos requisitos de projeto, diferentes tipos e modelos de GIS estão disponíveis de diferentes fabricantes.

GIS é uma tecnologia moderna e avançada que pode fornecer soluções eficientes e confiáveis ​​para sistemas de energia. Porém, é importante conhecer suas características, vantagens e desvantagens e aplicações antes de escolher o tipo de painel para um projeto específico.