Quais materiais são usados ​​para o isolamento de uma Unidade Principal de Anel?

Essa é uma pergunta que ouço constantemente de engenheiros e especialistas em compras. E faz sentido - o isolamento em uma unidade principal em anel não é apenas um material de enchimento. É a espinha dorsal da confiabilidade, segurança e pegada do painel. Ao longo dos anos, observei a evolução dramática da tecnologia de isolamento e cada opção traz suas próprias vantagens e desvantagens. Vamos analisar o que realmente está dentro dessas unidades e por que isso é importante.

1. Isolamento de ar

Vamos começar com a opção mais tradicional. As RMUs isoladas a ar existem há décadas e ainda continuam fortes por bons motivos.

A realidade do ar como isolamento

O problema do ar é o seguinte: ele é gratuito, está em todo lugar e não requer manuseio especial. Mas aquele valor de rigidez dielétrica que você costuma ver citado? Tome isso com cautela. No projeto prático de RMU, você não depende de 3 kV/mm em uma folga perfeita. O isolamento do ar no mundo real depende inteiramente das distâncias livres, dos níveis de contaminação e da umidade. É por isso que as RMUs isoladas a ar são fisicamente maiores – elas precisam de espaço para manter espaços elétricos seguros.

Onde brilham as RMUs isoladas a ar

Vejo estes especificados com mais frequência para aplicações industriais internas onde o espaço não é a principal restrição. Pense em subestações de fábricas, salas de distribuição principais de edifícios comerciais ou pontos de distribuição de serviços públicos em áreas menos densas. A manutenção é simples, principalmente inspeções visuais e manutenção dos compartimentos limpos. Sem manipulação de gás, sem vedação complexa. Apenas ar.

A compensação? Tamanho. Se você estiver trabalhando em um porão urbano apertado ou em uma plataforma offshore, o isolamento do ar pode não ser seu amigo.

2. Isolamento de gás SF6

Agora estamos entrando nos pesos pesados. As RMUs isoladas com SF6 mudaram completamente o cenário dos painéis compactos.

O que torna o SF6 diferente

SF6 não é apenas “ar melhor”. É uma fera completamente diferente. Sua rigidez dielétrica sob pressão permite folgas fase-fase e fase-terra drasticamente reduzidas. Mas aqui está o que os livros nem sempre enfatizam: a verdadeira magia do SF6 está em sua capacidade de extinção de arco. Quando os contatos se separam sob carga, o SF6 se recombina quase instantaneamente após absorver a energia do elétron. É por isso que essas unidades podem ser tão compactas e ainda assim lidar com energia de falta significativa.

O elefante na sala

SF6 não é apenas “ar melhor”. É uma fera completamente diferente. Sua rigidez dielétrica sob pressão permite folgas fase-fase e fase-terra drasticamente reduzidas. Mas aqui está o que os livros nem sempre enfatizam: a verdadeira magia do SF6 está em sua capacidade de extinção de arco. Quando os contatos se separam sob carga, o SF6 se recombina quase instantaneamente após absorver a energia do elétron. É por isso que essas unidades podem ser tão compactas e ainda assim lidar com energia de falha significativa.

Dito isto, para aplicações de alta tensão onde a pegada é crítica, o SF6 continua a ser a tecnologia dominante. Você os encontrará em subestações no centro da cidade, em plantas industriais com restrições de espaço e em sistemas de coleta de energia renovável. Você pode explorar mais sobre as opções de painéis de alta tensão, comoAparelhagem de fechamento metálico, que pode utilizar isolamento SF6, em nosso site.

3. Isolamento Sólido

É aqui que a inovação se torna interessante. RMUs com isolamento sólido representam uma mudança fundamental em relação aos dielétricos gasosos.

Além do epóxi – o que é realmente usado

A resina epóxi recebe a maior parte da atenção e, sim, é amplamente utilizada. Mas os materiais de nível de engenharia nas RMUs modernas são mais sofisticados do que a simples resina fundida. Estamos falando de sistemas epóxi cicloalifáticos com cargas de sílica que controlam a expansão térmica e melhoram a resistência ao rastreamento. Esses materiais são fundidos a vácuo em torno dos condutores, criando um sistema de isolamento monolítico sem vazios – porque vazios significam descarga parcial e descarga parcial significa falha.

Borracha de silicone – a opção flexível
A borracha de silicone traz algo que o epóxi não consegue - elasticidade. Em RMUs onde o ciclo térmico ou a vibração são uma preocupação, o isolamento de borracha de silicone acomoda o movimento sem rachar. Ele também mantém propriedades hidrofóbicas, o que significa que a água forma gotas e rola em vez de formar películas condutoras nas superfícies.

As vantagens práticas

O isolamento sólido elimina completamente o monitoramento de gás. Sem vazamentos, sem verificações de pressão, sem preocupações com gases de efeito estufa. Também é inerentemente mais resistente à contaminação - névoa salina, poeira, umidade - porque as partes energizadas são encapsuladas. Para instalações costeiras ou ambientes industriais poluídos, isso representa um enorme ganho em termos de confiabilidade.

4. Isolamento Composto

É aqui que as linhas ficam confusas. A maioria das RMUs modernas não depende de um único tipo de isolamento.

Qual é a verdadeira aparência do composto

Pegue uma RMU típica isolada a gás. O isolamento primário pode ser SF6, mas dentro desse compartimento de gás você encontrará isoladores de resina epóxi apoiando os condutores e mantendo a posição. Esses isoladores devem suportar as mesmas tensões elétricas que o gás, além de cargas mecânicas durante condições de comutação e falta.

Em unidades isoladas a ar, você verá frequentemente barreiras de poliéster ou fibra de vidro epóxi entre as fases ou entre partes energizadas e o solo. Estes permitem folgas reduzidas, mantendo a segurança – o ar fornece o isolamento primário, mas a barreira sólida evita caminhos diretos de arco.

Por que misturar materiais?

Trata-se de jogar com os pontos fortes. O gás ou o ar controlam o isolamento a granel ao longo de distâncias. Os materiais sólidos fornecem suporte mecânico, proteção de barreira e controle de tensão nas interfaces. Faça a combinação certa e você otimizará tamanho, custo e confiabilidade simultaneamente.

5. O que realmente motiva a escolha

Quando trabalho com clientes que especificam RMUs, a decisão sobre o isolamento raramente se resume a um único fator. Aqui está o que realmente discutimos:

A classe de tensão não é simples

Sim, tensões mais altas exigem melhor desempenho dielétrico. Mas dentro da mesma classe de tensão, você pode escolher ar pela simplicidade, SF6 pela compacidade ou sólido pela conformidade ambiental. O aplicativo dita a prioridade.

O Cálculo Ambiental

O SF6 é tecnicamente excelente, mas a trajetória regulatória é clara. Se o seu projeto tiver uma vida útil de 30 anos, o SF6 ainda será aceitável em 2050? Muitos dos meus clientes estão migrando preventivamente para tecnologias de gases sólidos ou alternativos (como misturas de fluoronitrila ou fluorocetona) para preparar suas instalações para o futuro.

Custo total de propriedade

Unidades isoladas a ar têm menor custo inicial, mas maior área ocupada. As unidades SF6 custam mais inicialmente, mas economizam espaço. As unidades com isolamento sólido eliminam os custos de gerenciamento de gás ao longo do ciclo de vida. Sempre peço aos clientes que modelem os custos de 20 anos, não apenas o preço de compra.

O que eu digo aos clientes

Se você estiver instalando em um ambiente interno controlado e com espaço de sobra, o isolamento do ar é perfeitamente viável e econômico.

Se você estiver entrando em uma subestação urbana ou lidando com altos níveis de falha em um espaço compacto, o SF6 (ou suas alternativas emergentes) ainda é a escolha pragmática – por enquanto.

Se você estiver em um ambiente sensível, em uma área costeira ou tiver exigências de sustentabilidade, o isolamento sólido merece séria consideração. A tecnologia amadureceu e a confiabilidade está comprovada.

Conclusão

A escolha do material de isolamento para uma unidade principal em anel depende de vários fatores, incluindo nível de tensão, condições ambientais, custo e segurança. Ar, gás SF6, isolamento sólido e isolamento composto têm propriedades e aplicações exclusivas. Como fornecedor de RMUs, estamos empenhados em fornecer aos nossos clientes as melhores soluções de isolamento com base nas suas necessidades específicas.

Se você está procurando uma unidade principal em anel e gostaria de discutir mais detalhadamente as opções de isolamento, convidamos você a entrar em contato conosco para uma consulta detalhada. Nossa equipe de especialistas pode ajudá-lo a selecionar o material de isolamento e o design de RMU mais adequados para o seu projeto.

Referências

• IEC 62271-201, Equipamento de manobra e controle de alta tensão – Parte 201: Equipamento de manobra e controle com isolamento CA para tensões nominais acima de 1 kV e até 52 kV inclusive.

• Folheto técnico CIGRE 589, "Guia do usuário para a aplicação de painéis isolados a gás (GIS) para tensões nominais acima de 52 kV."

• "Isolação sólida para painéis de média tensão", IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 27, nº 3, junho de 2020.