Gases isolantes protegem os comutadores isolados de ar e gás contra falhas. Não apenas hexafluoreto de enxofre puro (SF₆) mas também SF₆ misturas, N₂, g³ e outros podem ser usados para esse propósito. A WIKA é líder em soluções de sensoriamento que ajudam empresas de transmissão e distribuição de energia a monitorar remotamente a qualidade e quantidade desses gases.

Equipamentos de comutação de média e alta tensão podem ser isolados usando diferentes meios, por exemplo, óleo, “ar seco” e outros gases como SF₆ e novas misturas de gases. O isolante tradicional e mais eficaz é o SF₆. Seu uso, no entanto, traz vários riscos, especialmente porque esse composto sintético fluorado tem um potencial de aquecimento global (GWP) de cerca de 24.000. Este é o valor mais alto entre todos os gases conhecidos. Para referência, o dióxido de carbono tem um GWP de 1.

Desafios ao usar SF₆

Empresas de transmissão e distribuição de energia que utilizam SF₆ devem monitorar a densidade para detectar vazamentos. Eles também precisam analisar periodicamente o gás para detectar contaminação. Mesmo que muitas empresas ainda dependam desse gás para isolar os interruptores, elas reconhecem seu papel nas mudanças climáticas e estão buscando alternativas.

Razões para falha em comutadores

A maioria das usinas e subestações usa ar ou gás para isolar seus equipamentos de comutação. Embora o ar seja abundante, não tóxico e tenha um GWP de 0, ele não é tão eficaz para apagar arcos de extinção. Como resultado, o compartimento de gás em equipamentos de comando com isolamento de ar (AIS) deve ser cerca de três vezes maior do que os dos equipamentos de comando isolados a gás (SIG). Tanto o AIS quanto o GIS são suscetíveis a problemas que reduzem sua eficácia e levam a falhas nos comutadores.

Desafios com o isolamento do ar:

Sujeira e poeira
Resistência de contato
Sobrecarga

Desafios com isolamento a gás:

Vazamento de gás
Umidade, uma impureza potente para SF₆– Equipamento de comutação isolado
Produtos de decomposição, muitos dos quais são tóxicos e corroem o SIG

Medidas para proteger os comutadores

Monitorar o estado do isolador é um passo fundamental para prevenir situações potencialmente perigosas. Os operadores do AIS devem monitorar o estado de descarga parcial do ar, temperatura e umidade. Para o SIG, é importante monitorar a pressão, temperatura, densidade e umidade do gás. O equipamento de comutação tem uma vida útil típica de 20 a 50 anos, com falhas relacionadas ao gás aumentando acentuadamente de 15 a 25 anos após a instalação. Portanto, o monitoramento é especialmente importante durante a segunda metade da vida útil do equipamento.

Opções para monitoramento de equipamentos de comando isolados a gás

Abordagem reativa: Nessa abordagem, um instrumento mecânico, como um contato de interruptor, dispara um alarme quando a densidade do gás cai a um certo nível. Instrumentos mecânicos têm precisão de 1 a 2,5% do vão. Para a umidade, os técnicos podem analisar manualmente o gás periodicamente (a cada 1 a 6 anos) em um cronograma pré-determinado com um instrumento de teste portátil e ler o monitor de densidade do gás.
Abordagem proativa: Ambos analógicos (4 … 20 mA) e instrumentos digitais oferecem um sistema de alerta precoce com funções de monitoramento remoto. Instrumentos analógicos monitoram continuamente a densidade de gás no SIG e transmitem esses dados para uma sala de controle ou outro local central. Instrumentos analógicos têm uma precisão de 1,5–2,3% do alcance para pressão compensada. Instrumentos digitais monitoram continuamente não apenas a densidade do gás, mas também os parâmetros de pressão, temperatura, umidade, etc. Isso oferece uma visão mais completa da condição do gás isolante. Instrumentos digitais têm precisão de 0,6–0,8% do envergadura.

Manutenção reativa vs. proativa da GIS

Quanto mais parâmetros um sensor conseguir detectar e transmitir em tempo real, melhor os operadores podem reagir às mudanças na condição do gás isolante e tomar medidas para evitar problemas de segurança. Além das funções de monitoramento remoto, sensores analógicos e digitais também permitem previsão de condições de gás e manutenção preditiva.

Manutenção de equipamentos de comando isolados a gás

Se necessário, os técnicos tomarão as ações corretivas necessárias, tais como:

Desligar o equipamento para limpar e/ou substituir o gás utilizando um equipamento de manuseio
Desidratando o gás enquanto o equipamento de comutação está funcionando
Reparando um vazamento e reabastecendo o compartimento de gás

Previsão da condição de gás: A melhor maneira de proteger os ativos

Medições únicas de densidade de gás, em dados, podem fornecer uma imagem falsa ou enganosa do desempenho de um ativo, levando a julgamentos errados, como manutenção desnecessária ou insuficiente. Mudanças na temperatura ambiente e na umidade, que variam constantemente, também são difíceis de detectar quando as medições são feitas de forma esporádica ou periódica. Com monitoramento contínuo, os operadores obtêm não apenas uma visão mais fiel da condição atual do gás, mas também de seu desenvolvimento. Eles podem usar os dados para obter uma compreensão mais profunda baseada em dados históricos e, em seguida, usar esse conhecimento para manutenção preditiva e outros próximos passos. Se sensores inteligentes forem usados, o instrumento também compensará automaticamente as condições ambientes para alcançar uma densidade precisa de gás.

Qualidade dos dados na previsão de condições de gás

Grande vs. pequeno impacto ambiente

As condições ambientais (temperatura e umidade) e as anomalias de eventos têm um impacto notável na precisão das previsões.

A figura mostra que um grande impacto ambiente, combinado com uma anomalia no início da coleta de dados, resulta em uma previsão muito incerta e imprecisa. Sob as mesmas condições ambientais, mas sem a anomalia, os resultados são mais precisos. Um pequeno impacto ambiente, por sua vez, produz a previsão mais precisa.

Para complicar ainda mais, a umidade tem uma correlação complicada com a temperatura. A condição de umidade de um ativo pode ser mal avaliada quando apenas os dados brutos medidos são levados em consideração. Além disso, cada compartimento de gás tem sua própria correlação única entre umidade e temperatura. Essa correlação pode ser extraída a partir de dados históricos e compensada. Assim, uma densidade de gás compensada pela temperatura pode ser prevista com precisão.

Como tanto a qualidade dos dados quanto a compensação de temperatura têm um impacto significativo na precisão de uma previsão, é necessário usar sensores inteligentes com alta precisão e consistência, e trabalhar com um provedor que saiba como pré-processar, gerenciar e interpretar os dados.

Sensores inteligentes para monitoramento remoto de gases isolantes

Densidade de diferentes gases isolantes (clique para ampliar)

Quanto mais informações os operadores tiverem sobre o meio isolante 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 de corrente de diferentes gases. A WEgrid, uma subsidiária integral da WIKA, oferece um conjunto de sensores inteligentes que prevêem a condição de todos os tipos de gases isolantes, incluindo: SF₆, N₂, SF₆/N₂ misturas, CO₂, O₂, CF₄ (tetrafluorometano), ar, g³ (um syngas com o Novec 4710 do 3M). Não importa o equipamento ou o meio isolante, os sensores de densidade de gás WIKA podem ser configurados para aplicações especiais.

Sensores WIKA: Feitos sob medida para o monitoramento de gases isolantes

Sensores de densidade de gás para a série modelo GD-20 (clique para ampliar)

A WIKA oferece vários instrumentos de medição para monitoramento confiável do gás SF₆ e gases isolantes alternativos. Um deles é o GD-20. A versão analógica foca na densidade do gás, transmitindo uma leitura de pressão compensada por temperatura via sinal de saída de 4 … 20 mA. A versão digital possui uma interface RS-485 que se comunica usando o protocolo Modbus RTU e fornece dados para pressão e temperatura, além da densidade de gás. O GDHT-20 é um transmissor de alta qualidade, capaz de tudo o que a versão digital do GD-20 pode fazer, com a adição de medir o teor de umidade do gás isolante. Esse parâmetro adicional permite o monitoramento dentro dos termos das diretivas CIGRE para sistemas de energia, bem como de acordo com as normas IEC.^®

GD-20-W: Monitoramento Sem Fio de Gases Isolantes

Além das soluções de sensores com fio, a WIKA oferece o GD-20-W, uma alternativa sem fio para monitoramento contínuo de densidade de gases em comutadores. Esse sensor mede não apenas a densidade do gás, mas também temperatura e pressão, transmitindo dados via protocolo LoRaWAN. Com sua bateria integrada, o GD-20-W opera de forma autônoma, eliminando a necessidade de uma fonte de alimentação externa. Uma função de alarme inteligente detecta mudanças críticas precocemente e pode disparar imediatamente um alerta antes que ocorram condições críticas para a segurança. Essa combinação de alta precisão nas medições e transmissão sem fio permite uma manutenção preditiva eficiente.^®

Perspectiva: SF₆ e gases alternativos

Enquanto a ficção científica₆ continuará sendo o principal gás isolante no futuro próximo, alternativas menos nocivas e outras tecnologias amigas do clima estão no horizonte. Os governos também fazem parte desse esforço. Em 2022, a Comissão Europeia propôs proibir gases de efeito estufa fluorados em novos equipamentos de manobras de média tensão até 2026 e em comutadores de alta tensão até 2031. Cerca de uma dúzia de estados dos EUA têm iniciativas e regulamentações para eliminar gradualmente o SF₆ – GIS.

Nota:
A WIKA é um fornecedor global líder de instrumentos para análise e monitoramento tanto de gases isolantes tradicionais quanto alternativos. Também oferecemos planejamento abrangente de projetos para empresas de transmissão e distribuição de energia – desde engenharia e instalação dos instrumentos até gerenciamento de dados e análises usando nosso software proprietário. Entre em contato conosco Se você quiser saber mais sobre como podemos ajudar a tornar seu negócio mais seguro e sustentável. No site da WIKA, você também encontrará uma ampla variedade de informações sobre o tema de transmissão e distribuição de energia (SF)₆) assim como em nosso SF₆ Soluções gasosas, em particular em nosso Sensores de densidade de gás (incluindo modelo GD-20 e modelo GDHT-20). Descubra por que o SF₆ desempenha um papel fundamental em equipamentos de comando com isolamento a gás – e como o Grupo Elia, junto com a WIKA, está revolucionando o monitoramento de subestações com soluções inovadoras como o GD-20-W.

Você também pode saber mais sobre a SF₆ da WIKA Expertise no vídeo a seguir: