Introdução

O sistema de energia é a espinha dorsal da sociedade moderna, e Painel de controle está no centro desses sistemas. É uma combinação de dispositivos usados para controlar, proteger e isolar equipamentos elétricos. Sem ele, a rede elétrica seria incapaz de lidar com falhas e sobrecargas, correndo o risco de entrar em colapso.
Como as demandas por segurança, confiabilidade e eficiência continuam a aumentar, a tecnologia de painéis de distribuição tem passado por uma evolução contínua. Atualmente, os dois tipos mais comuns de painel de distribuição no campo de média tensão são painel de distribuição revestido de metal e Painel de distribuição com isolamento a gás (GIS).
Embora esses dois dispositivos compartilhem funções semelhantes, seus projetos e princípios técnicos subjacentes são fundamentalmente diferentes. Portanto, obter uma compreensão completa de suas características é fundamental para fazer a escolha certa com base em cenários de aplicativos específicos.

O que é um painel de distribuição com revestimento metálico?

Em termos simples, um gabinete de painel revestido de metal é um tipo de gabinete de painel que abriga todos os componentes elétricos principais, como disjuntores, barramentos e transformadores, em compartimentos metálicos separados e aterrados individualmente.
Esse design é altamente engenhoso e seu princípio fundamental é que, mesmo que surja um problema em um compartimento - como um curto-circuito -, a falha não se espalhará facilmente para outras seções, aumentando significativamente a segurança e a confiabilidade do equipamento.
Vale a pena observar que o termo "revestido de metal" significa essa estrutura robusta e compartimentada. Esse é um padrão muito específico e rigoroso, diferente do termo mais geral "metal-enclosed", que não impõe os mesmos requisitos elevados que "metal-clad".

Princípio de funcionamento

Em gabinetes de painéis de distribuição revestidos de metalEm geral, o ar ou gases isolantes, como o SF6, são usados como material isolante primário. No caso de uma falha, o disjuntor dispara em um compartimento dedicado, cortando a corrente. Cada componente tem seu próprio compartimento, combinado com barreiras metálicas aterradas, para obter isolamento físico e elétrico. Isso nos permite realizar a manutenção segura em uma parte específica do painel de distribuição, enquanto outras seções podem continuar a operar com energia, sem afetar a funcionalidade geral.

Vantagens do painel de distribuição com revestimento metálico

• Segurança aprimorada: O design compartimentado oferece proteção superior contra falhas internas. É mais provável que um evento de arco elétrico fique contido em seu compartimento, reduzindo o risco de ferimentos ao pessoal e danos aos equipamentos adjacentes.
• Facilidade de manutenção: O design extraível dos disjuntores permite a fácil remoção e substituição. Isso simplifica a manutenção e a solução de problemas, muitas vezes sem a necessidade de desligar toda a linha do painel.
• Tecnologia comprovada: O painel de distribuição revestido de metal tem sido um padrão do setor há décadas. Trata-se de uma tecnologia altamente confiável e bem compreendida, com uma vasta base instalada e peças de reposição prontamente disponíveis.
• Flexibilidade: O design modular facilita a adição ou a reconfiguração de seções à medida que os requisitos de energia mudam.

Desvantagens do painel de distribuição com revestimento metálico

• Pegada grande: O isolamento de ar e os compartimentos metálicos robustos exigem um espaço físico significativo, o que o torna uma escolha ruim para instalações com espaço limitado no chão.
• Exposição ambiental: Embora tenham sido projetados para serem robustos, os componentes ainda estão expostos ao ambiente. Poeira, umidade e outros contaminantes podem se acumular, o que pode exigir limpeza e manutenção mais frequentes.
• Requisitos de barramento e conexão mais altos: As conexões de barramento ao ar livre podem ser um ponto de fraqueza e também contribuem para o tamanho geral maior.

Aplicativos

Painel de distribuição revestido de metal é comumente encontrado em plantas industriais, subestações públicas, usinas de energia e grandes edifícios comerciais. É a escolha ideal para situações em que o espaço não é particularmente limitado, mas os requisitos de isolamento de segurança e manutenção são altos.

O que é o painel de distribuição GIS?

Painel de distribuição isolado a gás (GIS) representa uma tecnologia mais avançada e compacta. Em um sistema GIS, todos os componentes elétricos energizados estão contidos em gabinetes metálicos selados e pressurizados, preenchidos com um gás altamente dielétrico, mais comumente hexafluoreto de enxofre (SF6).

Princípio de funcionamento

O núcleo da tecnologia GIS é o uso do gás SF6 como meio isolante. O SF6 tem três vezes mais rigidez dielétrica do que o ar, o que significa que pode suportar pressões de tensão mais altas e é menos propenso a falhas. É por isso que todo o painel de distribuição pode ser significativamente reduzido em tamanho. Ele tem um invólucro selado e positivamente pressurizado que protege os componentes internos das influências ambientais, garantindo uma operação estável e confiável. No caso de uma falha, o disjuntor opera em um ambiente de gás SF6, permitindo o resfriamento rápido e a extinção do arco para garantir a segurança.

Vantagens do painel de distribuição GIS

• Tamanho compacto: Essa é a vantagem mais significativa do GIS. As propriedades superiores de isolamento do gás SF6 permitem uma área ocupada que, muitas vezes, é 10% menor do que a exigida por um painel de distribuição convencional isolado a ar ou revestido de metal. Isso torna o GIS ideal para áreas urbanas, subestações internas e plataformas offshore onde o espaço é escasso.
• Confiabilidade excepcional: O projeto selado e pressurizado protege os componentes internos contra umidade, poeira, poluição e roedores. Isso resulta em uma taxa de falhas muito menor e em uma vida útil mais longa.
• Baixa manutenção: Devido ao ambiente vedado, o GIS requer pouquíssima manutenção. As verificações de rotina se concentram principalmente no monitoramento da pressão e da densidade do gás.
• Proteção ambiental: Embora o SF6 seja um potente gás de efeito estufa, o projeto vedado garante que ele seja contido e não seja liberado na atmosfera durante a operação normal. Isso minimiza o impacto ambiental em comparação com sistemas mais antigos e porosos.

Desvantagens do painel de distribuição GIS

• Alto custo inicial: Os componentes especializados, os processos de fabricação e os equipamentos de manuseio de gás tornam os sistemas GIS significativamente mais caros para comprar e instalar do que painel de distribuição revestido de metal.
• Manutenção do complexo: Embora a manutenção não seja frequente, ela também é mais complexa. Qualquer falha ou problema interno requer ferramentas especializadas e conhecimento para abrir o gabinete vedado, e o gás SF6 deve ser manuseado e recuperado adequadamente.
• Preocupações ambientais com o SF6: Embora contido, o potencial de vazamento ou liberação de SF6 durante o descomissionamento é uma grande preocupação ambiental. Há pesquisas e desenvolvimentos em andamento sobre gases isolantes alternativos.
• Operação mais ruidosa: Os disjuntores GIS tendem a operar em um nível de ruído mais alto em comparação com seus equivalentes metálicos.

Aplicativos

O painel de distribuição GIS é a escolha preferida para aplicações de alta tensão em subestações urbanas, usinas de energia e parques eólicos offshore, onde o espaço é extremamente limitado. Ele também é cada vez mais usado em ambientes industriais e edifícios comerciais onde um alto grau de confiabilidade e baixa manutenção são fundamentais.

Metal-Clad vs. GIS: Principais diferenças

1. Tamanho e área de cobertura

• Painel de distribuição revestido de metal: Esse tipo usa o ar como meio de isolamento primário. Como o ar tem uma resistência dielétrica relativamente baixa, é necessário mais espaço físico para manter as folgas necessárias entre os componentes energizados e as peças aterradas. Isso resulta em um projeto grande e volumoso, geralmente ocupando uma quantidade considerável de espaço no chão.
• Painel de distribuição isolado a gás (GIS): O GIS aproveita a resistência dielétrica superior do gás SF6, que é até três vezes maior do que a do ar. Isso permite que o espaçamento entre os componentes seja drasticamente reduzido, com todas as peças contidas em um invólucro compacto e vedado. O resultado é uma área ocupada muito menor, geralmente 10% ou menos do tamanho de uma unidade revestida de metal comparável. Essa é uma vantagem fundamental para subestações urbanas ou instalações industriais onde o espaço é caro e limitado.

2. Manutenção

• Painel de distribuição revestido de metal: A manutenção é um aspecto fundamental dos sistemas revestidos de metal. O projeto de extração dos disjuntores permite a fácil remoção e inspeção. A equipe de manutenção pode trabalhar com segurança em um único disjuntor ou seção do painel de distribuição enquanto o restante do sistema permanece energizado. No entanto, devido ao design ao ar livre, os componentes ficam expostos a fatores ambientais como poeira e umidade, exigindo inspeções de rotina e limpeza mais frequentes.
• Painel de distribuição isolado a gás (GIS): Os sistemas GIS são conhecidos por sua baixa manutenção. O gabinete selado e pressurizado protege todos os componentes internos da contaminação ambiental, reduzindo drasticamente a necessidade de limpeza e inspeção de rotina. A manutenção se concentra principalmente no monitoramento da pressão e da densidade do gás. Embora pouco frequentes, quaisquer reparos internos são complexos, exigindo ferramentas e pessoal especializados para manusear o gás SF6 e abrir a câmara selada.

3. Custo inicial

• Painel de distribuição revestido de metal: Em geral, o custo inicial de compra e instalação do painel de distribuição revestido de metal é menor do que o do GIS. A tecnologia é bem estabelecida e o processo de fabricação é menos complexo do que o de um sistema GIS selado e de alta pressão.
• Painel de distribuição isolado a gás (GIS): O GIS tem um custo inicial significativamente mais alto. Isso se deve à tecnologia avançada, aos processos de fabricação especializados e ao custo do próprio gás SF6. No entanto, esse investimento inicial mais alto geralmente é compensado pelos benefícios de longo prazo da manutenção reduzida e de uma vida útil operacional mais longa.

4. Proteção ambiental

• Painel de distribuição revestido de metal: Embora o equipamento esteja alojado em um gabinete metálico, os componentes ainda estão expostos às condições ambientais. Isso significa que o sistema pode ser afetado por umidade, poeira e poluição, o que pode levar a flashovers ou corrosão ao longo do tempo.
• Painel de distribuição isolado a gás (GIS): O gabinete selado do GIS oferece proteção superior. Ele cria um ambiente interno controlado que é completamente isolado de poluentes externos, umidade e até mesmo de animais selvagens. Isso torna o GIS ideal para ambientes agressivos ou poluídos e contribui para a alta confiabilidade e a longa vida útil do sistema.

5. Meio de isolamento

• Painel de distribuição revestido de metal: O principal meio de isolamento é o ar, que tem uma resistência dielétrica menor. Alguns sistemas avançados revestidos de metal podem usar SF6 ou outros gases no disjuntor, mas o barramento geral e o isolamento dos componentes geralmente ainda dependem do ar.
• Painel de distribuição isolado a gás (GIS): A característica que define o GIS é o uso do gás SF6 como o principal meio de isolamento de todos os componentes. Isso permite o design compacto e proporciona propriedades de isolamento excepcionais que resistem à ruptura elétrica. Embora o SF6 seja um potente gás de efeito estufa, os sistemas selados são projetados para ter taxas de vazamento extremamente baixas, minimizando o impacto ambiental.

6. Isolamento de falhas

• Painel de distribuição revestido de metal: O projeto do painel de distribuição revestido de metal é baseado na compartimentação. Cada componente principal (por exemplo, disjuntor, barramento, transformador de instrumento) é alojado em um compartimento metálico separado e aterrado. Esse projeto é altamente eficaz na contenção de uma falha em sua seção específica, evitando que ela ocorra em cascata e danifique todo o sistema.
• Painel de distribuição isolado a gás (GIS): O GIS também oferece excelente isolamento de falhas. Todo o sistema é alojado em um único gabinete metálico selado. Quando ocorre uma falha, o arco é extinto de forma rápida e eficiente pelo gás SF6 pressurizado, e o próprio gabinete fornece uma barreira robusta para evitar qualquer dano externo. A natureza selada do sistema o torna praticamente imune a fatores externos que causam uma falha.

Qual é o painel de distribuição ideal para você? Fazendo a escolha

Escolher entre painéis de distribuição GIS e revestidos de metal é uma decisão crítica que depende de uma variedade de fatores. Não existe uma única opção "melhor"; a escolha certa é aquela que melhor se alinha aos requisitos específicos de seu projeto.

Aqui estão algumas perguntas a serem consideradas:

• O espaço é uma restrição crítica? Se você tiver espaço limitado no chão, especialmente em um ambiente urbano ou interno, GIS é o vencedor absoluto.
• Qual é o seu orçamento? Se o custo de capital inicial for uma preocupação importante, revestido de metal Painel de controle é uma opção mais econômica.
• Quais são seus recursos de manutenção? Se você tiver uma equipe qualificada e quiser fazer uma manutenção simples e de rotina, revestido de metal é uma boa opção. Se você preferir uma solução do tipo "configure e esqueça" e puder contar com suporte externo especializado para quaisquer problemas raros, GIS é o caminho a seguir.
• Qual é o nível de confiabilidade exigido? Para aplicativos de missão crítica em que o tempo de inatividade é inaceitável, a natureza selada e robusta do GIS geralmente oferece um nível mais alto de confiabilidade a longo prazo.
• Qual é o seu grau de sensibilidade em relação às preocupações ambientais? Embora o SF6 seja uma preocupação, os sistemas GIS modernos são altamente projetados para evitar vazamentos. A construção robusta e a contenção ambiental podem ser uma opção mais atraente para algumas aplicações do que um sistema exposto a fatores externos.

Conclusão

Painel de distribuição revestido de metal e Painel de distribuição com isolamento a gás (GIS) são tecnologias de proteção e controle altamente confiáveis e poderosas em sistemas de energia. O painel de distribuição revestido de metal apresenta uma estrutura robusta, tecnologia madura e excelente custo-benefício, o que o torna ideal para aplicações com espaço limitado. O GIS, por outro lado, é mais compacto, altamente confiável e de fácil manutenção, o que o torna particularmente adequado para ambientes modernos com requisitos de espaço rigorosos.

Em ChuanliNa KPMG, entendemos que selecionar o painel de distribuição correto não é uma tarefa simples. Não só fornecemos soluções abrangentes de metal-clad e GIS, mas também oferecemos serviços de consultoria profissional para ajudá-lo a analisar minuciosamente suas necessidades e identificar as soluções técnicas mais adequadas para maximizar o valor do seu projeto.