Gases isolantes – não apenas SF6 puro, mas também misturas de SF6, N2, g3 e outros – protegem os equipamentos de comutação contra falhas. A WIKA é líder em soluções de sensoriamento remoto que ajudam empresas de transmissão e distribuição de energia a monitorar a qualidade e a quantidade desses gases.
Equipamentos de comutação de média e alta tensão podem ser isolados usando diferentes meios: óleo, ar seco e outros gases como hexafluoreto de enxofre (SF6) e novas misturas. O isolante tradicional e mais eficaz é o SF6, mas a sua utilização apresenta vários perigos, especialmente porque este composto fluorado sintético tem um potencial de aquecimento global (GWP) de cerca de 24.000 – o mais elevado de todos os gases conhecidos. (Para referência, o dióxido de carbono tem um GWP de 1.)
As empresas de transmissão e distribuição de energia (T&D) que utilizam SF6, devem monitorar a densidade para detectar vazamentos e analisar periodicamente o gás para detectar a presença de contaminantes. Embora muitas empresas ainda dependam deste gás para isolamento dos equipamentos de comutação, elas compreendem o seu papel nas alterações climáticas e procuram alternativas ao SF6.
Razões para Falha em Equipamentos de Comutação Isolados a Gás
A maioria das subestações utilizam ar ou gás para isolar seus equipamentos de comutação. Embora o ar seja abundante, não tóxico e tenha GWP de 0, ele não é tão eficaz na extinção de arcos elétricos. Como resultado, as subestações isoladas a ar (AIS) são cerca de três vezes maiores que uma subestação blindada isolada a gás SF6 (GIS).
Tanto a AIS como a GIS são suscetíveis a problemas que reduzem a sua eficácia e levam a falhas nos equipamentos de comutação.
Isolamento a ar:
- Sujeira e poeira
- Resistência de contato
- Sobrecarga
Isolamento a gás:
- Vazamento de gás
- Umidade, uma impureza potente para compartimentos isolados com gás SF6
- Produtos de decomposição, muitos dos quais são tóxicos e irão corroer componentes da GIS
O monitoramento da condição do isolante é um passo fundamental na prevenção de situações potencialmente perigosas. Os operadores da AIS devem monitorar o estado de descarga parcial do ar, a temperatura e a umidade. Para subestações blindadas (GIS), é importante monitorar a pressão, temperatura, densidade e umidade do gás.
Os equipamentos de comutação têm uma vida útil típica de 20 a 50 anos, com falhas relacionadas ao gás aumentando acentuadamente 15 a 25 anos após a instalação. Portanto, o monitoramento é especialmente importante durante a segunda metade da vida útil do equipamento.
Manutenção reativa vs. proativa de um GIS (clique para ampliar)
Manutenção Reativa vs. Proativa de Equipamentos Isolados a gás SF6
Existem duas abordagens para monitoramento da condição da GIS.
Abordagem reativa
Nesta abordagem, um instrumento mecânico, como uma chave de contato, dispara um alarme quando a densidade do gás cai para um determinado nível. Em outras situações, os técnicos leem manualmente o monitor de densidade do gás de acordo com uma programação pré-determinada. Os técnicos então tomam ações corretivas conforme necessário, como:
- Desativar o equipamento para limpar e/ou substituir o gás com um manipulador de gás
- Desidratar o gás enquanto o painel está operando
- Reparar um vazamento e reabastecer o compartimento de gás
Os instrumentos mecânicos têm uma precisão de 1 a 2,5% do intervalo.
Para umidade, os técnicos podem analisar manualmente o gás periodicamente (a cada 1 a 6 anos) com um instrumento de teste portátil.
Abordagem proativa
Tanto os instrumentos analógicos (4 a 20 mA) quanto os digitais oferecem um sistema de advertência antecipada com recursos remotos.
- Instrumentos analógicos monitoram continuamente a densidade do gás na GIS e transmitem esses dados para uma sala de controle ou outro local central. Os instrumentos analógicos têm uma precisão de 1,5 a 2,3% do intervalo para pressão compensada.
- Os instrumentos digitais monitoram continuamente não apenas a densidade do gás, mas também os parâmetros de pressão, temperatura, nível de umidade, etc. Isto dá uma imagem mais completa da condição do gás isolante. Os instrumentos digitais têm uma precisão de 0,6 a 0,8% do intervalo.
Quanto mais parâmetros um sensor puder detectar e transmitir em tempo real, melhor os operadores poderão reagir às mudanças nas condições do gás isolante e tomar medidas para evitar problemas de segurança. Além dos recursos de monitoramento remoto, os sensores analógicos e digitais também permitem a previsão das condições do gás e a manutenção preditiva.
Previsão da Condição do Gás: Uma maneira inteligente de proteger ativos
Medições incorretas e pontuais da densidade do gás podem fornecer uma imagem falsa ou enganosa do desempenho de um ativo, levando a erros de avaliação, como manutenção desnecessária ou insuficiente. Mudanças na temperatura e umidade ambiente, que variam constantemente, também são difíceis de detectar quando as medições são feitas esporadicamente ou periodicamente.
Com o monitoramento contínuo, os operadores obtêm não apenas uma imagem mais verdadeira da condição atual do gás, mas também de sua evolução. Eles podem usar os dados para obter uma compreensão mais profunda com base em dados históricos e, em seguida, usar esse conhecimento para manutenção preditiva e outras próximas etapas. E se forem usados sensores inteligentes, o instrumento compensará automaticamente as condições ambientais para chegar a uma densidade de gás precisa.
Impacto ambiental grande versus pequeno (clique para ampliar)
Qualidade dos dados na previsão das condições do gás
As condições ambientais (temperatura e umidade) e as anomalias dos eventos têm um impacto notável na exatidão das previsões. Nesta figura, vemos que um grande impacto ambiental, combinado com uma anomalia no início da coleta de dados, resulta numa previsão muito incerta e imprecisa. Em uma mesma condição ambiente, mas sem a anomalia, os resultados são mais precisos. Um pequeno impacto ambiental produz a previsão mais exata.
Aumentando a complexidade, a umidade tem uma correlação complicada com a temperatura. A condição de umidade de um ativo pode ser mal avaliada quando apenas as medições pontuais são levadas em consideração. Além disso, cada compartimento tem a sua própria correlação única entre umidade e temperatura. Esta correlação pode ser extraída de dados históricos e compensada. Assim, uma densidade de gás com compensação de temperatura pode ser prevista com exatidão.
Uma vez que tanto a qualidade dos dados como a compensação de temperatura têm um impacto significativo na exatidão de uma previsão, é necessário utilizar sensores inteligentes com elevada
Densidades de diferentes gases isolantes (clique para ampliar)
precisão e consistência, e trabalhar com um fornecedor que saiba como pré-processar, gerir e interpretar os dados.
Sensores Inteligentes para Monitoramento Remoto de Gases Isolantes
Quanto mais informações os operadores tiverem sobre os meios isolantes de seus equipamentos, melhor poderão prevenir falhas e condições perigosas. A WIKA oferece sensores baseados em temperatura e pressão que, com a configuração adequada, são facilmente adaptados para calcular a densidade atual de diferentes gases.
WEgrid, uma subsidiária integral da WIKA, oferece um conjunto de sensores inteligentes que preveem a condição de todos os tipos de gases isolantes, incluindo:
- SF6
- N2
- Mistura SF6/N2
- CO2
- O2
- CF4 (tetrafluormetano)
- Hélio
- Argônio
- Ar
- g3, um gás sintético com Novec 4710 da 3M
Sensores de densidade de gás GD-20
Não importa o equipamento ou meio isolante, nossos sensores de densidade de gás podem ser configurados para essa aplicação específica.
A WIKA oferece vários transmissores para monitoramento confiável de SF6 e gases isolantes alternativos. Um deles é o GD-20. A versão analógica concentra-se na densidade do gás, transmitindo uma leitura de pressão compensada pela temperatura por meio de um sinal de saída de 4 a 20 mA. A versão digital possui interface RS-485 que se comunica através do protocolo MODBUS® RTU e fornece dados de pressão e temperatura além da densidade do gás.
O GDHT-20 é outro transmissor de alta qualidade, capaz de fazer tudo o que a versão digital do GD-20 pode fazer com a adição da medição do teor de umidade do gás isolante. Este parâmetro adicional permite o monitoramento dentro dos termos das diretivas CIGRE para sistemas de potência, bem como dos padrões IEC.
A WIKA é Especializada em Soluções para SF6 e Gases Alternativos
Embora o SF6 continue a ser o principal gás isolante em um futuro próximo, estão no horizonte alternativas menos prejudiciais e outras tecnologias favoráveis ao clima. Entidades públicas e comitês internacionais impulsionam iniciativas em vários países.
- Em 2022, a Comissão Europeia propôs proibir os gases fluorados de efeito estufa nos novos comutadores de média tensão até 2026 e nos comutadores de alta tensão até 2031.
- Cerca de uma dúzia de estados dos EUA têm iniciativas e regulamentações para eliminar gradualmente equipamentos de comutação contendo SF6.
A WIKA é líder global em instrumentos e equipamentos que analisam e monitoram tanto gases isolantes tradicionais como alternativos. Também oferecemos planejamento de projetos abrangente para empresas de T&D de energia, desde engenharia e instalação de equipamentos até gerenciamento e análise de dados usando nosso software proprietário. Entre em contato conosco para obter mais informações sobre como podemos ajudar suas instalações a operar de forma mais segura e sustentável.