Como selecionar a RMU correta para aplicações de distribuição de média tensão

Introdução

A disjuntoré uma das peças mais amplamente implantadasaparelhagem de média tensãono mundo. Fica dentro de subestações compactas em bairros urbanos densos, na base de turbinas eólicas, nos porões de torres comerciais e no perímetro de plantas industriais. Seu trabalho não é glamoroso, mas é crítico: conectar alimentadores de distribuição em um anel, proteger transformadores e isolar falhas sem derrubar toda a rede.

PorqueRMUSe os combustíveis forem produzidos em grandes quantidades e distribuídos em grandes frotas, existe a tentação de tratá-los como uma mercadoria – escolha uma voltagem, escolha uma corrente, compare preços. Essa abordagem funciona até que isso não aconteça. Uma RMU especificada incorretamente pode criar dores de cabeça operacionais que se acumulam em dezenas ou centenas de instalações. Uma configuração que funciona perfeitamente em um centro urbano temperado pode falhar prematuramente em um ambiente costeiro com névoa salina. Um esquema de proteção adequado para uma rede radial pode se comportar de maneira imprevisível quando a concessionária reconfigura o anel.

Selecionar a RMU certa requer a compreensão de onde ela irá operar, como será acessada e mantida, o que deve proteger e como a rede ao seu redor poderá mudar ao longo de sua vida útil de 30 anos. Este artigo examina cada um desses fatores separadamente.

Comece com o aplicativo, não com o catálogo

O erro de especificação de RMU mais caro é selecionar uma configuração padrão de um catálogo antes de compreender o contexto da aplicação. Três fatores de aplicação devem moldar cada decisão de seleção de RMU.

Instalação interna versus externa. Uma RMU interna instalada em uma sala elétrica climatizada enfrenta um ambiente benigno. A temperatura está estável. A umidade é controlada. Não há exposição à chuva, poeira ou sal. Uma RMU externa instalada em um gabinete montado próximo à costa enfrenta uma realidade muito diferente. As oscilações de temperatura podem causar condensação interna. A névoa salina acelera a corrosão em peças metálicas expostas. A radiação ultravioleta degrada o isolamento polimérico e as vedações com o tempo. O gabinete deve ser projetado para essas condições, com classificações IP adequadas, medidas anticondensação e proteção contra corrosão.

Filosofia de acesso e manutenção. Uma RMU instalada em uma subestação trancada no centro de uma cidade pode ser visitada por uma equipe de manutenção em 30 minutos. Uma RMU instalada na base de uma turbina eólica no cume de uma montanha só pode ser acessível durante determinadas janelas meteorológicas, e uma visita ao local pode custar várias horas de viagem. Quanto mais remota a instalação, mais forte será o argumento para projetos selados para toda a vida, que não exigem monitoramento de gás, manutenção de contato e nenhuma intervenção periódica. A filosofia de manutenção deve ser incorporada nas especificações e não descoberta após o comissionamento.

Configuração de rede existente. Uma RMU que está sendo adicionada a um anel existente deve ser compatível com a filosofia de proteção, o protocolo de comunicação e a interface física do equipamento já em serviço. Se a rede existente utilizar uma plataforma específica de relés de proteção, a nova RMU deverá ser capaz de integrar-se a ela. Se o anel existente usar uma configuração de módulo específica, a nova unidade deverá se ajustar a essa topologia sem exigir engenharia personalizada.

Determine as funções que cada módulo deve executar

Uma RMU não é um dispositivo único. É um conjunto de módulos, cada um desempenhando uma função distinta. A primeira tarefa de especificação é determinar quais funções são necessárias e quantas de cada uma.

Módulos alimentadores de anel. Estas são as unidades de chave seccionadora de carga que conectam a RMU ao anel de distribuição. São necessários pelo menos dois – normalmente designados como de entrada e de saída, embora em uma configuração de anel a energia possa fluir em qualquer direção. Cada módulo alimentador de anel contém uma chave seccionadora de carga capaz de interromper a corrente de carga nominal. A classificação mais comum é 630A, que cobre a grande maioria das aplicações de anéis de distribuição.

Módulos de proteção de transformadores. Esses módulos alimentam e protegem transformadores de distribuição que reduzem a média tensão para baixa tensão para consumo local. A proteção pode ser fornecida por um fusível (a abordagem mais simples e comum), um disjuntor (onde é necessária seletividade ou operação frequente) ou uma combinação de chave seccionadora de carga com fusível. A escolha entre proteção por fusível e disjuntor depende do tamanho do transformador, do nível de falta da rede e da filosofia de coordenação de proteção da concessionária.

Módulos acopladores de barramento. Em montagens de RMU maiores, um acoplador de barramento pode conectar ou separar duas seções de barramento. Isto permite flexibilidade operacional: um transformador pode ser retirado de serviço enquanto o outro alimenta ambas as seções, ou o anel pode ser dividido em dois segmentos independentes para isolamento de falhas.

Módulos de medição direta. Onde a concessionária necessita de medição de receita na RMU, um módulo de medição dedicado acomoda transformadores de corrente e tensão dimensionados para precisão de faturamento. Este módulo normalmente não tem função de comutação – é apenas um ponto de medição.

A COTENELE fornece módulos RMU em todas essas configurações, incluindo alimentadores de anel de entrada e saída classificados como 630A, módulos de proteção de transformadores com proteção por fusível ou disjuntor, acopladores de barramento e compartimentos de medição direta. Estão disponíveis configurações padrão de três, quatro e cinco módulos, com arranjos personalizados de acordo com o diagrama unifilar do cliente.

Selecione a tecnologia de isolamento

O meio de isolamento dentro do tanque RMU determina a pegada ambiental do equipamento, o perfil de manutenção e o status de conformidade. Esta decisão cresceu em importância à medida que as regulamentações do SF₆ se tornaram mais rigorosas em todo o mundo.

O isolamento de ar seco e nitrogênio tornaram-se os principais substitutos do SF₆ em aplicações de RMU. Ambos os gases têm potencial de aquecimento global zero. Ambos são atóxicos, não inflamáveis ​​e não requerem manuseio especial no final da vida útil. Em uma RMU moderna com isolamento de ar seco ou N₂, o tanque de gás é cheio e vedado na fábrica. Ele não requer monitoramento de pressão, recarga e manutenção relacionada ao gás durante toda a sua vida útil projetada de 30 anos. O tanque em si é normalmente de aço inoxidável, proporcionando resistência à corrosão que corresponde à resistência elétrica do equipamento.

A RMU de 24kV livre de SF₆ da COTENELE usa ar seco como meio isolante em um tanque de aço inoxidável selado para toda a vida. O projeto foi testado de acordo com IEC 62271-200 com resistência a curto-circuito de 25kA por quatro segundos e classificação de arco interno IAC AFLR de 20kA por um segundo. O tanque sai de fábrica lacrado e testado. Do ponto de vista do operador, não existe nenhum sistema de gás para gerir.

O isolamento sólido oferece uma abordagem alternativa, eliminando totalmente o gás. Os condutores energizados e os contatos de comutação são encapsulados em resina epóxi. Não há tanque de gás, vaso de pressão e nenhuma possibilidade de vazamento de gás. As RMUs com isolamento sólido são inerentemente compactas e adequadas para ambientes severos onde umidade, sal ou contaminantes transportados pelo ar desafiariam projetos isolados a gás ou a ar. A desvantagem é que os módulos com isolamento sólido são normalmente menos flexíveis quando a reconfiguração é necessária e acarretam um custo unitário mais elevado.

O legado SF₆. As RMU tradicionais preenchidas com SF₆ ainda estão em operação generalizada, mas não são mais especificáveis ​​para novas instalações em mercados onde se aplica o Regulamento da UE sobre gases fluorados ou restrições equivalentes. Os engenheiros devem verificar o status regulatório do mercado-alvo antes de incluir equipamentos de SF₆ em uma especificação. Mesmo onde o SF₆ ainda não está proibido, a especificação do equipamento SF₆ cria uma responsabilidade de conformidade a longo prazo que muitos proprietários de ativos não estão agora dispostos a aceitar.

Verifique os parâmetros avaliados em relação às condições do local

As classificações da placa de identificação em uma folha de dados da RMU são baseadas em condições de referência padrão. As condições do local muitas vezes diferem destas referências, às vezes substancialmente. O trabalho do engenheiro é verificar se as classificações são válidas para o ambiente de instalação real.

A tensão nominal deve exceder a tensão nominal do sistema, com tolerância para sobretensões temporárias durante faltas à terra ou transientes de comutação. Para um sistema de 20kV, uma RMU nominal de 24kV é comum. Para um sistema de 33kV, é necessária uma classificação de 36kV ou 40,5kV. As tensões suportáveis ​​à frequência industrial e às tensões suportáveis ​​ao impulso atmosférico devem ser confirmadas em relação ao estudo de coordenação de isolamento do projeto.

A corrente nominal para módulos alimentadores de anel é normalmente 630A, o que acomoda a corrente contínua na maioria dos anéis de distribuição. Os módulos de proteção do transformador são normalmente classificados em 200A ou menos, correspondendo à classificação do fusível ou à configuração do disjuntor. A classificação deve ser válida na altitude do local e na temperatura ambiente máxima. Se a instalação estiver acima de 1.000 metros, ou se a temperatura ambiente exceder regularmente 40°C, serão aplicados fatores de redução e uma classificação mais alta na placa de identificação poderá ser necessária para fornecer a corrente contínua necessária.

A corrente suportável de curto-circuito é o parâmetro que afeta mais diretamente a robustez física da RMU. A classificação – normalmente 20kA ou 25kA por quatro segundos – deve corresponder ou exceder o nível de falha calculado no ponto de instalação. Um estudo de curto-circuito que utiliza dados atuais da rede e leva em conta as adições projetadas de gerações futuras é a única base confiável para especificar este parâmetro. A subespecificação cria um risco de falha catastrófica. Especificar demais adiciona custos desnecessários.

Entenda a filosofia de manutenção de cada projeto

Os requisitos de manutenção da RMU variam substancialmente de acordo com o projeto, e essa variação tem implicações diretas nos custos operacionais ao longo dos 30 anos de vida útil do equipamento.

Tanques de gás selados para toda a vida são o padrão moderno para RMUs livres de SF₆. O tanque é preenchido com ar seco ou nitrogênio na fábrica, testado quanto a vazamentos e permanentemente vedado. Não há manômetro de gás no painel frontal – não há nada para ler. Não há porta de reabastecimento – não há nada para reabastecer. O manual de manutenção não contém procedimentos relacionados ao gás porque não existem. Para um operador que gerencia uma frota de centenas de RMUs, eliminar o manuseio de gás do programa de manutenção representa uma economia operacional significativa.

A substituição de fusíveis é a atividade de manutenção mais comum em uma RMU e a única que deve ser necessária durante a operação normal de uma unidade selada moderna. Quando um fusível de proteção do transformador funciona, o fusível deve ser substituído. O projeto deve permitir que isso seja feito com segurança, com os módulos alimentadores de anel permanecendo em serviço enquanto o módulo de proteção do transformador estiver isolado. Os procedimentos de substituição de fusíveis, os requisitos de acesso e a disponibilidade de fusíveis de substituição devem ser revisados ​​antes da especificação.

Vida útil do interruptor a vácuo. Em projetos de RMU que usam interruptores a vácuo para o disjuntor ou função de interrupção de carga – que é a maioria das RMUs modernas – os interruptores são selados para toda a vida e não requerem manutenção. A resistência mecânica do mecanismo operacional, normalmente classificada para milhares de operações, determina o intervalo em que a inspeção ou revisão do mecanismo pode ser necessária. Para a maioria das aplicações de distribuição, onde as operações de comutação são pouco frequentes, o mecanismo durará mais que a vida útil instalada do equipamento.

Lista de verificação de configuração para cenários de aplicativos comuns

Diferentes aplicações requerem diferentes configurações de RMU. Embora cada projeto tenha requisitos únicos, vários padrões comuns servem como pontos de partida úteis.

Subestação de distribuição urbana. Uma configuração típica é de três módulos: dois módulos alimentadores de anel (chaves seccionadoras em carga) e um módulo de proteção do transformador (fusível). Isso fornece a conexão em anel e alimenta um transformador de distribuição local. Em algumas redes, é utilizada uma configuração de quatro módulos com um módulo adicional de proteção do transformador, onde dois transformadores são instalados no mesmo local.

Rede coletora de parques eólicos. Os transformadores de turbinas eólicas são normalmente protegidos por módulos fusíveis em RMUs instalados na base de cada turbina ou em pequenos grupos. Os alimentadores de anel RMU conectam múltiplas turbinas em uma cadeia ou anel de volta à subestação coletora. A frequência de comutação pode ser maior do que na distribuição urbana devido aos ciclos de partida-parada da turbina. Interruptores a vácuo com alta resistência mecânica são preferidos para os elementos de comutação.

Edifício comercial ou data center. Quando a RMU fornece uma instalação com geração no local ou alimentação dupla da concessionária, um módulo acoplador de barramento pode ser necessário para gerenciar a interconexão entre duas fontes. Módulos de proteção de transformadores com disjuntores em vez de fusíveis são às vezes preferidos por sua capacidade de serem reinicializados remotamente e por facilitarem a coordenação com a proteção posterior.

Infraestrutura crítica. Para hospitais, aeroportos e plantas industriais de processo contínuo, as configurações de RMU devem apoiar a coordenação seletiva e fornecer a capacidade de isolar uma seção com falha sem interromper o fornecimento para seções saudáveis. A redundância na configuração do alimentador em anel – de modo que nenhuma falha em um único cabo interrompa toda a alimentação – deve ser projetada na topologia em anel, e não apenas na especificação da RMU.

Conformidade e documentação de padrões

O teste de tipo conforme IEC 62271-200 é o requisito mínimo para RMUs nos mercados internacionais. O programa de teste de tipo abrange testes dielétricos, aumento de temperatura, resistência a curto-circuito, classificação de arco interno e resistência mecânica. Os engenheiros devem solicitar os relatórios de teste de tipo completos, e não os certificados resumidos, e devem verificar se a configuração testada corresponde à configuração cotada.

Além do teste de tipo, o pacote de documentação faz parte do produto. Relatórios de testes de rotina de fábrica para cada módulo. Uma declaração de conformidade com os regulamentos aplicáveis, incluindo o Regulamento de gases fluorados da UE para equipamentos livres de SF₆. Um manual de instalação e operação que descreva com precisão os requisitos de manutenção, ou a falta deles, para o projeto específico.

A COTENELE fornece certificados de teste de tipo IEC 62271-200, relatórios de testes de rotina e um pacote completo de documentação com cada cotação de RMU. A documentação está disponível na fase de concurso, permitindo que engenheiros consultores e avaliadores de serviços públicos concluam a sua revisão técnica antes da adjudicação do contrato.

Conclusão

Selecionar uma RMU é um exercício de reflexão sobre toda a vida útil do equipamento – onde ele ficará, o que será solicitado a fazer, como será mantido e como a rede ao seu redor poderá mudar. A escolha certa não é necessariamente aquela com o menor preço de compra. É aquele que minimiza o custo total de propriedade ao longo de três décadas, ao mesmo tempo que fornece a confiabilidade, segurança e flexibilidade operacional que a aplicação exige.

Para engenheiros que preparam uma especificação de RMU, a sequência de decisões é clara. Comece com o ambiente do aplicativo. Determine as funções necessárias do módulo. Selecione uma tecnologia de isolamento que atenda às regulamentações ambientais atuais e previsíveis. Verifique as classificações em relação às condições do local. Entenda os requisitos de manutenção do projeto escolhido. Confirme se a documentação e as evidências de conformidade estão disponíveis antes de fazer o pedido.

A COTENELE apoia este processo com RMUs livres de SF₆, testadas e prontas para produção, configuradas para o diagrama unifilar do projeto. Nossa equipe de engenharia está disponível para revisar os requisitos da aplicação, recomendar configurações de módulos e fornecer pacotes completos de documentação para envio de propostas.

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A COTENELE fornece unidades principais de anel sem SF₆ de 24kV com isolamento de ar seco, testes de tipo IEC 62271-200 e pacotes completos de documentação. Configurações de módulo padrão e personalizadas disponíveis.

Sobre COTENELE

A COTENELE é um fabricante especializado de painéis de média tensão, incluindo painéis isolados a gás ecológicos livres de SF₆, disjuntores a vácuo, unidades principais de anel e painéis revestidos de metal para aplicações de 12 kV a 40,5 kV. Nossos produtos atendem empresas de serviços públicos, operadoras de data centers, desenvolvedores de energia renovável e compradores industriais em toda a Europa, Ásia e Oriente Médio. Cada produto é testado de acordo com os padrões IEC aplicáveis, com documentação completa fornecida para envio de propostas e entrega de projetos.