Disjuntor Alta Tensao

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE

Sumário 1 INTRODUÇÃO....................................................................................................... ..............2 2 DISJUNTORES DE ALT ALTA TENSÃO........................................................................... TENSÃO........................................................................... . .........3 ..... ....3 2.1 O arco voltaico nos disjuntores de alta tensão ...................................................................... .......3 ...... .3 2.2 Características Principais Principais de um disjuntor................................................................... ............ ...... ...........4 .....4 2.3 Condições Condições de operação de um disjuntor................................................................................ .......4 ...... .4 2.4 Tipos de Disjuntores ........................................................................................... ............. ....... ............ ...........4 .....4 2.4.1 Disjuntor a óleo:.................................................................................................... ............ ...... ...........5 .....5 2.4.1.1 Disjuntores a pequeno pequeno volume de óleo (PVO)....................................... ............. ....... ............ ...........6 .....6 2.4.1.2 Disjuntor a grande volume de óleo (GVO).......................................... ............. ....... ............ ............ ........8 ..8 2.4.2 Disjuntor a ar comprimido..................................................................................... ............ ...... ...........9 .....9 2.4.2.1 Vantagens Vantagens e Desvantagens............................................................................................. 9 2.4.3 Disjuntor a sopro magnético ..................................................................... ............ ...... ............ ............ ........10 ..10 2.4.4 Disjuntores Disjuntores a vácuo vácuo .................................................................................................... .................................................................................................... .........11 ...... ...11 2.4.4.1 Aplicações......................................................................................................... ............13 ....... .....13 2.4.4.2 Manutenção.......................................................................................... ............ ...... ............. ............13 .....13 2.4.4.3 Formação e Extinção do Arco Elétrico no Vácuo................................ ............ ...... ............ ............ .......14 .14 2.4.5 Disjuntores a gás (SF6)............................................................................. ............ ...... ............ ............. .......14 14 2.5 Manutenção de Disjuntores............................................................................... ............ ...... ............ ............. .......17 17 2.5.1Pequeno volume de óleo....................................................................................................... 17

3 ENSAIO DE SIMULT SIMULTANEIDADE........................................................................................ 19 3.1Disjuntor de grande volume de óleo............................................................................................ .19 3.2Disjuntores a Ar ou SF6.............................................................................................. ............ ...... ...........19 .....19 3.3 Relatório do ensaio ensaio de de simultaneidade................................................................. simultaneidade................................................................. ............ ...... ............. ..........20 ...20 3.3.1Objetivo.......................................................................................................................... .......20 ....... 20 3.3.2Introdução................................................................................................................ ............ ...... .......20 .20 3.3.3 Desenvolvimento................................................................................................................. .20 3.3.4Esquema de ligação............................................................................................................. .22

4CONCLUSÃO.................................................................................................. ...................23 5 BIBLIOGRAFIA..................................................................................... ............................24

Cap. – Pág.1


1 INTROD INTRODUÇÃ UÇÃO O Apresentaremos neste projeto um ensaio de grande importância dos disjuntores de alta tensão, o ensaio de simultaneidade, falaremos de sua importância, qual a conseqüência se não houver este ensaio, mostraremos também a parte prática, na qual nossa equipe mostra como foi feito o ensaio, relataremos como foi o comportamento do nosso disjuntor, quais o momentos críticos do ensaio, as dificuldades que passamos para que o disjuntor pudesse apresentar apresentar resultados resultados satisfatórios, mostraremos os esquema de ligação, fotos, estudo estudos, s, e equipa equipamen mento to que utili utilizam zamos os para para poderm podermos os desmon desmontar tar o nosso nosso disjun disjuntor tor,, falar falarem emos os da prin princi cipa pais is part partes es do disj disjun unto torr que que també também m influ influen enci ciar aram am no ensa ensaio io,, mostraremos os equipamentos que são utilizados atualmente para se fazer corretamente o ensaio, citaremos empresa que trabalham na manutenção de subestações e executam este ensaio. Vamos dar uma idéia idéia básica de quais o tipos de disjuntor disjuntores es existem no mercado, mercado, seu principio de funcionamento, suas vantagens,e desvantagens, a manutenção a ser feita, seus ensaios, e os principais cuidados que se deve ter em sua manutenção.

1 Introdução

Cap.1 – Pág.2


2 DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO O disjuntor é um dispositivo mecânico de manobra, capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes nas condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir durante um tempo especificado e interromper correntes sob condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto circuito. Os disjuntores de alta tensão, são os principais elementos de segurança, bem como os mais eficientes e complexos aparelhos de manobra em uso nas redes elétricas. Possuem um capacidade de fechamento e ruptura que deve atender a todos os requisitos preestabelecidos de manobra sob todas as condições normais e anormais de operação. Além dos estados estacionários de fechado e aberto, definem-se ambos os estados de transição de manobra de fechamento ou ligamento e manobra de abertura ou desligamento. No estado ligado ou fechado o disjuntor deve suportar a corrente nominal da linha sem que venha a aquecer além dos limites permissíveis. No estado aberto ou desligado a distância de isolamento entre contatos deve suportar a tensão de operação, bem como sobretensões internas, devido a surto de manobras ou descargas atmosféricas. Quando da manobra de fechamento, o disjuntor deve também, no cado de um curto circuito, atingir de maneira correta a sua posição fechada e conduzir a corrente de curto circuito. Quando da manobra de abertura, o disjuntor deve dominar todos os casos de manobras possíveis da rede onde está instalado. Além das manobras com correntes de cargas, ele deve interromper com segurança altas correntes de curto circuito indutivas, e não deve interromper prematuramente pequenas correntes indutivas a fim de não provocar sobretensões. Além disso existem as correntes capacitivas, manobra sob oposição de fase, como exemplos de situações difíceis onde o disjuntor é chamado a operar. Um disjuntor moderno está em condições de interromper a corrente, sob todas estas condições, com um tempo de duração do arco voltaico de 5 a 20 ms. Convém lembrar que os disjuntores, frequentemente instalados ao tempo, permanecem meses e meses no estado estacionários ligado, conduzindo a corrente nominal sob condições climáticas das mais variadas proporcionando, às vezes, variações de temperatura em dezenas de graus centígrados, agentes atmosféricos agressivos a vários de seus componentes e outras condições adversas. Após todo este tempo de inatividade operacional mecânica, deve estar pronto para interromper uma corrente de curto-circuito, sem o menor desvio das especificações, pois qualquer falha de manobra resultaria em incalculáveis danos materiais e, eventualmente, pessoais. Do exposto depreende-se que um confiabilidade total é exigida do disjuntor de potência e esta confiabilidade deve ser conseqüência de um projeto racional e um controle de qualidade extremamente rigoroso, que vai desde a seleção de matérias-primas, passando pela revisão de entrada, ensaio de materiais, controle dos processos de fabricação, ensaios de subconjuntos, até os ensaios finais. 2.1

O arco voltaico nos disjuntores de alta tensão

O estudo do arco voltaico é fundamental para a compreensão exata do processo de corrente em sistema de alta tensão. Este assunto tem concentrado as atenções e o trabalho de centenas de pesquisadores isolados e em instituições de pequisas públicas e da empresa privada nas últimas 5 décadas, tal é a sua importância no projeto e concepção nos disjuntores de potência. O grande problema neste estudo é a modelagem matemática do arco voltaico. Existem inúmeros modelos, cada qual para determinadas situações e sujeitos a inúmeras 2 Disjuntores de alta tensão

Cap.2 – Pág.3

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE limitações, dada a tremenda, complexidade do assunto, quer no que diz respeito à parte matemática propriamente dita, quer na parte prática de medição, registro, etc..., do fenômeno. Ainda não se chegou a um equação única que defina o comportamento do arco voltaico para todas as situações, razão pela qual um disjuntor não pode ser projetado através de uma seqüência de cálculos provenientes de princípios teóricos como se faz, por exemplo, com um motor elétrico. O projeto deve se desenvolver mediante ensaios de potências em circuitos diretos ou sintéticos feitos paralelamente, a fim de se comprovar a eficiência da câmara de interrupção e seus componentes internos nas mais variadas situações. 2.2

Características Principais de um disjuntor

1. Tensão Nominal - É aquela para qual o disjuntor foi construido 2. Corrente Nominal – É o valor máximo da intensidade de corrente que pode circular por suas partes condutoras, sem aquecê-las. 3. Capacidade de ruptura – É a propriedade que um disjuntor tem em poder interromper até correntes de curto-circuito. 4. Capacidade de fechamento – É a propriedade que um disjuntor tem em poder efetuar o fechamento em presença de curto-circuito. 2.3

Condições de operação de um disjuntor

Os disjuntores devem satisfazer as seguintes condições: 1. 2. 3. 4.

Abrir e fechar um circuito no menor tempo possível. Conduzir a corrente de carga das linhas Deve suportar termicamente a corrente nominal de carga do sistema Suportar térmica e mecanicamente a corrente de curto circuito do sistema por um determinado tempo segundo especificações do fabricante. 5. Isolar tensão do sistema, em relação a terra, e entre seus pólos, sob quaisquer condições do meio ambiente (sob chuva, a seco, em atmosfera poluída, etc) 6. Ter adequada resistência mecânica, não ser afetado por vibrações, ser compacto, requerer pouca manutenção e ser de fácil montagem. 2.4

Tipos de Disjuntores

O que caracteriza um tipo determinado de disjuntor é maneira pela qual os arcos elétricos são extintos em seus contatos. Tipos principais ●

A óleo (câmara de extinção em pequeno e grande volume de óleo)

2 Disjuntores de alta tensão

Cap.2 – Pág.4

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE ● ● ●

Ar comprimido (sopro pneumático) Sopro Magnético A gás (SF6 – Hexafluoreto de enxofre)

2.4.1 Disjuntor a óleo:

São Aqueles Cujos contatos principais operam imersos em óleo isolante, o qual serve tanto para extinção de arco como para isolar as partes energizadas do contato com o tanque. A extinção do arco é devida à decomposição do óleo, provocada pela temperatura do arco, que a decompõe nos seguintes gases: Hidrogênio (66%), acetileno (17%), metano (9%), outros gases (8%). A proporção de cada gás depende de cada tipo de óleo usado) O hidrogênio é o principal responsável pela extinção do arco, pois suas ótimas propriedades refrigerantes retira o calor do arco, facilitando a extinção. Os gases produzidos pela decomposição do óleo são soprados transversalmente ou ao longo do arco, dependendo do tipo da câmara do disjuntor (câmara axial ou transversal). Nesse Caso, a extinção é essencialmente um fenômeno termodinâmico onde a quantidade de gás (responsável pelo sucesso de extinção à proporcional à corrente de interrupção. Logo, esse tipo de disjuntor tem mais facilidade em interromper altas correntes que baixas correntes (15 a 150 A), devido a formação dos gases ser mais lenta (principalmente correntes capacitivas). Em geral, a extinção do arco ocorre na primeira passagem da corrente pelo zero, caso não haja extinção, na se gunda pelo zero, os contatos já estarão mais afastados e haverá também maior quantidade de gases e conseqüentemente maior probabilidade de extinção do arco. Também esse tipo de disjuntor tem sua capacidade limitada para altas correntes de curto circuito, sendo mais adequadas para média corrente. Nos modernos disjuntores a óleo, os problemas de interrupção e baixas correntes são solucionados pela injeção de jato de óleo ou pela pressurização da câmara de extinção. Afim de prevenir o acumulo de resíduos condutores à base de carbono, formado pela decomposição do óleo pelo efeito do arco elétrico, as câmaras desse tipo de disjuntor não devem ser instalados na posição horizontal. Apesar da avançada tecnologia empregada na construção de modernos disjuntores, o óleo desse tipo de disjuntor tem que ser recuperado após um pequeno número de interrupções de corrente de curto (em média 5), afim de se manter as suas características dielétricas. Este fato torna pouco recomendável a utilização desse tipo de disjuntores para religamentos e circuitos com maiores probabilidades de faltas.


Cap.2 – Pág.5


Fig. 2.1: Disjuntor a óleo 2.4.1.1

Disjuntores a pequeno volume de óleo (PVO)

Este tipo de disjuntor representa uma evolução no sentido em que se procurou projetar uma câmara de extinção com fluxo forçado de óleo sobre o arco elétrico. Desta maneira, aumentou-se a eficiência do processo de interrupção da corrente e diminuiu-se consideravelmente o volume de óleo no disjuntor. O desenho esquemático mostra um corte da câmara interruptora.

Fig. 2.2: Vista em corte de um pólo do disjuntor PVO tipo 3AC para média tensão da Siemens


Cap.2 – Pág.6

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE A figura 2.3 mostra o funcionamento do dispositivo de fluxo de óleo.

Fig. 2.3: Seqüência de extinção na câmara de um disjuntor PVO – 3AC, da Siemens

Nesta seqüência, vemos primeiramente o dispositivo na posição ligado. A imagem seguinte mostra como fluxo de óleo é obtido pelo movimento descendente do contato móvel durante a operação de abertura do disjuntor. O óleo contido na parte inferior do recipiente é forçado para cima pela abertura da haste do contato móvel. A imagem subseqüente mostra a interrupção de correntes mais elevadas. Nestes casos, um fluxo de óleo adicional é gerado pela própria corrente do arco. Quando a base do arco, localizada abaixo da ponta do material isolante do contato móvel, ultrapassar o furo da base da câmara, forma-se uma bolha de gás no compartimento inferior da câmara de extinção que só pode expandir-se para baixo. Tal bolha comprime o óleo através do canal formado pelo espaçamento entre a tampa e a base da câmara. Os gases que se formam no compartimento superior envolvem o contato fixo no cabeçote do pólo. O volume de ar no interior do recipiente superior destina-se a equalizar o aumento da pressão do óleo nesta operação de extinção. O vapor de óleo volta a se condensar, depositando-se sobre o óleo e os gases escapam lentamente pelas válvulas de expansão, processo que leva alguns minutos. O fluxo de óleo que atravessa o canal anelar atua na fase decisiva do deslocamento do contato móvel. Este fluxo é orientado de tal forma que atinja o arco elétrico por todos os lados como um jato radial, sem provocar alongamentos. Este tipo de câmara é classificado como câmara axial, já que o arco recebe fluxo transversal de óleo ao longo de toda a circunferência da câmara e extinguindo-o sem abandonar a posição axial da câmara. Usualmente, os disjuntores PVO cobrem a media tensão em praticamente toda a gama de capacidades disruptivas ate 63kA. Em níveis de 138kV, a sua capacidade de ruptura por câmara esta limitada normalmente em 20kA. Desta forma, fica claro que para correntes de curto-circuito superiores a este padrão (ate 50kA são comuns), devem ser empregadas varias câmaras em serie com o uso obrigatório de capacitores de equalização 2 Disjuntores de alta tensão

Cap.2 – Pág.7

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE e acionamentos mais potentes e conseqüentemente o uso de equipamentos mais complexos. Seu uso também se limita a tensões máximas de 60 a 65 kV por câmara quando em bancos de capacitores e linhas em vazio. Da mesma maneira, se faz necessário, dependendo das características do disjuntor e do circuito a ser chaveado, ter varias câmaras em serie. 2.4.1.2

Disjuntor a grande volume de óleo (GVO)

Este é o tipo mais antigo de disjuntores a óleo. No passado consistia apenas de um recipiente metálico com os contatos simplesmente imersos no óleo sem nenhuma câmara de extinção. Hoje, os disjuntores GVO, possuem câmaras de extinção onde se força o fluxo de óleo sobre o arco. Como nesses disjuntores o tanque de óleo está aterrado, são frequentemente denominados disjuntores “dead tank” ou “dead tank breakers”. Nas potências mais baixas, as três fases, normalmente, estão imersas em um único recipiente e nas mais elevadas o encapsulamento é monofásico.

Fig. 2.4: Vista em corte de um disjuntor a grande volume de óleodo tipo TDO (Siemens- Allis)

A figura 2.4 mostra a seção de um disjuntor GVO para tensões de 45 a 72,5 kv com capacidade de ruptura de 20 a 31,5 KA. Note-se a existência das câmaras de extinção que iremos descrever no próximo item , pois elas forma desenvolvidas para os disjuntores a pequeno volume de óleo e posteriormente, adaptadas aos disjuntores GVO. Note-se também a existência do transformador de corrente montado na própria bucha, o que é uma construção bastante comum para este tipo de disjuntores. Os disjuntores GVO são usados em média e alta tensão até 230 kv. Apesar de serem tecnicamente ultrapassados em relação a outros tipos de disjuntores, o seu uso é ainda muito difundido nos E.U.A., devido ao seu custo local competitivo e devido aos critérios de aplicação seletiva das concessionárias americanas para os equipamentos de manobra. 2 Disjuntores de alta tensão

Cap.2 – Pág.8

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE 2.4.2 Disjuntor a ar comprimido

No disjuntor a ar comprimido, o meio de extinção é basicamente o nitrogênio contido no ar, o qual também é responsável pela isolação interna do disjuntor. O gás de extinção é propelido em um jato de alta velocidade em geral na direção transversal do arco, sendo a velocidade função de pressão do ar na câmara de extinção, a qual varia de 16 a 30 kg/ cm². Desta forma, a extinção do arco é independente da corrente a ser interrompida. O jato de gás, resfria o arco e sopra os gases quentes para fora da área de contato. Sendo o curso dos contatos móveis relativamente pequeno, estes disjuntores tem menor tempo de extinção do arco, sendo o seu tempo de interrupção da ordem de 2 ciclos. A poluição dentro da câmara é baixa. O ar comprimido não é usado somente como meio de extinção, mas também para acionamento de mecanismo dos contatos e dos contatos auxiliares. A regeneração da rigidez dielétrica entre os contatos é pequena nos primeiros instantes, aparecendo na curva um patamar, sendo a duração deste, diretamente proporcional à corrente. Após o patamar, a rigidez dielétrica cresce rapidamente. Em geral este tipo de disjuntor não encontra maiores dificuldades para interromper altas correntes. Entretanto, devido a necessidade de altíssimas pressões no seu esquema de controle de sistemas de compressores adequados, o seu custo final é elevado, tornandoo pouco competitivo com outros tipos de disjuntores. Esquema especial de controle da pressão da câmara de interrupção desse tipo de disjuntor deve ser previsto, pois em caso de baixos valores de pressão no ar na câmara, o disjuntor perde sua capacidade de isolamento. Nesse caso o disjuntor deve ser automaticamente isolado pelos seus seccionadores à ele associado. Devido ao elevado nível de ruído por ocasião da interrupção da corrente de curto, em geral esse tipo de disjuntor deve ser equipado com supressores de ruído. Os maiores problemas desse disjuntor está no seu sistema de ar comprimido geralmente empregam o princípio de ruptura múltipla, isto é, o arco em cada pólo se extingue em várias câmaras, desta forma, pode-se elevar o poder de ruptura do disjuntor. Para isto é preciso que a tensão total se distribua uniformemente entre os diferentes pontos de ruptura. A solução mais simples consiste no emprego de capacitores acoplados em paralelo com as câmaras de extinção submetidas às maiores solicitações. Se os valores de ruptura forem mais elevados, deve-se empregar resistências ligadas em paralelo com as câmaras de extinção.

Fig. 2.5: Disjuntor a ar comprimido 2.4.2.1

Vantagens e Desvantagens

As vantagens do uso do ar comprimido são: 2 Disjuntores de alta tensão

Cap.2 – Pág.9


A disponibilidade do material (ar) em sua forma natural descarta a possibilidade de problemas ambientais e deixa o custo mais baixo, pois com outros materiais poderia haver custos de renovação ou reprocessamento do material.

●

A elasticidade que, ao contrário de materiais líquidos, permite que as estruturas de suporte sejam modeladas sem preocupação com reações e transientes gerados por pressão do arco.

●

A mobilidade (propagação elevada da onda e da partícula) que permite que as estruturas suportarem serem canalizadas facilmente, permite que o ar seja armazenado remotamente de suas zonas de funcionamento reais e permite-o de acompanhar as expansões e as contrações da coluna do arco que contribui desse modo à formação de arcos com período curto, à erosão baixa dos contatos, às exigências de manutenção reduzidas e o torna eminentemente apropriado para aplicações de alta velocidade do projeto.

●

O fato de o ar ter características relativamente constantes independentemente da temperatura ou pressão diminui os custos que poderia haver para manter um outro material em condições de uso.

●

O uso direto do meio como fonte de f orça mecânica necessária para controlar e dirigir o disjuntor mecanicamente.

●

O fato de o ar ser relativamente inerte torna o disjuntor compatível com os materiais de construção mais baratos já presentes no mercado e não exige técnicas de manutenção sofisticadas.

●

A facilidade de se operar em altas tensões com um número não muito elevado de disjuntores.

●

Ao contrário, as principais desvantagens do disjuntor de ar comprimido são: O custo relativamente alto do compressor e (se existir) do sistema de drenagem particularmente em instalações pequenas ou onde cada disjuntor tem que ser alimentado com suas próprias unidades subordinadas.

●

O custo dos silenciadores que são necessários em lugares com restrição de níveis de ruído.

●

●

O alto custo das válvulas de pressão e encapsulamento.

A pressão constante, o esforço de interrupção constante, característica do disjuntor q ue em níveis atuais de luminosidade leva a um “chopping” de corrente e torna o uso de resistores para controle de sobretensão obrigatórios.

●

2.4.3 Disjuntor a sopro magnético

Esse tipo de disjuntor, devido ao seu tipo de construção são mais utilizados em sistemas industriais e são disponíveis para tensões de até 24 KV. Apresentam a vantagem de necessitar pouca manutenção e suportar um número elevados de ciclos de operação. 2 Disjuntores de alta tensão

Cap.2 – Pág.10

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE Em sistema de potência são utilizados em distribuição ou em serviços auxiliares das subestações. Nesses disjuntores, o arco é interrompido no ar, em presença de um intenso campo magnético das ranhuras da câmara de extinção, onde ele é resfriado em contato com as paredes da câmara. O arco é submetido a uma violenta queda de tensão, geralmente da mesma ordem e grandeza de tensão da fonte. Nestas circunstâncias o arco se resfria, devido ao alongamento de seu comprimento em contato com a parede da câmara.

Fig. 2.6: Disjuntor a sopro magnético

Esses disjuntores são projetados de maneira a aumentar a resistência do arco de modo a manter em cerca de 1/3 o valor da corrente nominal de curto circuito, para finalmente extingui-la em seu zero. Portanto, a taxa de dissipação de energia é a máxima que o disjuntor pode desenvolver, daí a sua limitação relativa para baixa tensão.

Fig. 2.7

2.4.4 Disjuntores a vácuo

Os disjuntores a vácuo comerciais são formados por um tubo cilíndrico de alta resistência mecânica, em geral de vidro ou cerâmica, fechado por placas circulares plenas feitas de uma liga metálica (ferro + níquel + cobalto). A uma das placas é preso o contato imóvel e, 2 Disjuntores de alta tensão

Cap.2 – Pág.11

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE na oposta, há uma fole de aço inoxidável, de um lado soldada à placa e do outro ao contato móvel. Uma blindagem metálica interna envolve o fole e, outra blindagem metálica envolve o conjunto de contatos. Essas blindagens têm por finalidade aparar as partículas metálicas que se desprendem dos contatos, devido ao arco elétrico, evitando que se depositem sobre as paredes do tubo cilíndrico e do fole. A pressão interna deste tipo de disjuntor pode variar entre 0,133x10-4 e 1,133x10-7 kPa, podendo aumentar com o passar do tempo (taxas mais altas de pressão causam dificuldade na medição das taxas de vazamento). Os contatos de um disjuntor a vácuo podem ser, em geral, de 3 tipos: contatos em forma de disco de face plana, contato de pétalas em espiral ou contato dentado.

Fig. 2.8: Corte de uma câmara a vácuo

Um critério decisivo é o comportamento de chaveamento previsível e estável. Isso requer um princípio de chaveamento que não permita nem alterações do meio de extinção nem do sistema de contato. Em disjuntores convencionais, como disjuntores a PVO ou a SF6, um movimento relativo entre o arco elétrico e o meio de extinção deve ser produzido para a extinção do arco elétrico. Dependendo do modo de chaveamento podem ocorrer falhas na capacidade de chaveamento de alguns disjuntores. Em disjuntores a vácuo, essas falhas no comportamento de extinção não ocorrem, pois aqui não é esperada nenhuma influência do arco elétrico. Uma qualidade uniforme do vácuo, um mat erial de contato apropriado, assim como um sistema de contato suficientemente dimensionado, garante um comportamento de chaveamento seguro em toda faixa de corrente. O vapor metálico gerado em uma câmara de vácuo no processo de desconexão tem uma tensão de manutenção tão baixa que a energia ali liberada quase não desgasta o material de contato, que simplesmente se recombina com a superfície após a extinção do arco. As propriedades necessárias do material de contato para um comportamento de chaveamento seguro são mantidas. Além disso, o disjuntor a vácuo ainda demonstra uma particularidade que é única nos aparelhos de chaveamento: devido à ação de chaveamento em si melhora-se a pressão interna em uma câmara a vácuo. Isso significa um vácuo perfeito mesmo no fim da vida útil mecânica de uma câmara a vácuo. Essas duas propriedades contribuem para que a capacidade de chaveamento não piore durante sua vida útil total. Em disjuntores convencionais, no entanto, deve-se contar com uma alteração das propriedades de chaveamento em paralelo com o crescente ciclo do mesmo, pois o arco elétrico do chaveamento influencia negativamente tanto o material de contato como também o gás ou o óleo. 2 Disjuntores de alta tensão

Cap.2 – Pág.12

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE 2.4.4.1

Aplicações

Muitos fabricantes, que até o momento ofereciam somente disjuntores a SF6, estão adotando cada vez mais disjuntores a vácuo em seus programas de média tensão. O campo de utilização do princípio de chaveamento a vácuo est á se expandindo, por exemplo, quando aplicado no lugar das tradicionais chaves seccionadoras de manobra sob carga. Sobre os contatores a vácuo, que já estão no mercado há mais de 25 anos, há aperfeiçoamentos até o nível de tensão de 24kV. Até mesmo no campo de alta tensão, acima de 52kV, os disjuntores a vácuo começam a ser aplicados.

Fig. 2.9: Desenvolvimento dos princípios de extinção para disjuntores de média tensão no mercado mundial.

2.4.4.2

Manutenção

Os disjuntores a vácuo não necessitam de manutenção. No entanto, o que pode ocorrer é a perda do vácuo, que ocasionaria no desgaste de seus contatos, causada pela liberação de vapor metálico da superfície dos contatos. Para que isso não ocorra, existem testes para a verificação das condições de vácuo. Entre eles, iremos citar 2 tipos: ● Aplicação de uma tensão em corrente contínua elevada (dependendo da tensão suportada pelo modelo) à blindagem e ao contato imóvel, verificando se há ou não descarga elétrica, ou então, medindo a corrente q ue flui. ● Verificação da força aplicada à haste do contato móvel necessária para colocar o interruptor na posição aberta e comparar com a fornecida pelo fabricante (caso fornecida).


Cap.2 – Pág.13


Fig. 2.10: Câmaras de interrupção a vácuo para média tensão

2.4.4.3

Formação e Extinção do Arco Elétrico no Vácuo

Nos contatos cilíndricos de cobre revestidos de molibdênio e com sulcos concêntricos cheios de uma liga de bismuto, a corrente elétrica circulará de preferência pela superfície de molibdênio devida a sua menor resistência de contato. No instante em que os contatos começam a ser separados, numa operação de abertura do disjuntor, surgem arcos entre as superfícies do molibdênio. Nesses pontos da superfície, a temperatura se torna bastante elevada, sendo suficiente para a vaporização metálica da liga cobre-bismuto, fazendo com que a corrente elétrica se transfira para essa ponte metálica, sendo mantida até se atingir um valor no qual o arco se torne instável, quando os contatos já estão suficientemente afastados. O arco é então extinto e a corrente é interrompida, fazendo com que o vapor metálico condutivo condense sobre superfícies metálicas em poucos microssegundos, restabelecendo rapidamente a rigidez dielétrica entre os contatos. 2.4.5

Disjuntores a gás (SF6)

Nesse tipo de disjuntor, a interrupção do arco é, feito de maneira semelhante ao ar comprimido, onde o meio isolante e extintor é o gás SF6, que por suas melhores propriedades isolantes e extintoras, permitem o uso de pressões mais baixas na câmara de interrupção. Os modernos disjuntores a SF6 utilizam do sistema a pressão única na câmara de extinção, a qual é hemerticamente selada. Nesse caso, o fluxo de gás é dirigido ma direção do arco pelo próprio movimento dos contatos móveis do disjuntor. Os primeiros disjuntores a SF6 fabricados, utilizaram sistema de dupla pressão: alta pressão na câmara de interrrupção e baica pressão na parte de isolamento. Devido às suas características e à não decomposição em componentes condutores, a manutenção das características em contato com o arco, etc, a câmara de um disjuntor a SF6 praticamente não necessita de manutenção, além de permitir uma maior liberdade no 2 Disjuntores de alta tensão

Cap.2 – Pág.14

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE seu projeto. Por ter um gás com alta propriedade isolante, o disjuntor a SF6 estável o seu isolamento, mesmo à pressão atmosférica, facilitando assim o sistema de controle da pressão do gás.

Fig. 2.11: Disjuntor a gás (SF6)

O gás SF6 é um gás inerte, não atacando plásticos, metais ou outras substâncias utilizadas na construção de disjuntores. Entretanto, o SF6 devido a alta temperatura causada pelo arco decompõe-se em vários componentes, principalmente SF4 e SF2, juntos com pequenas quantidades de S2, F2, S, F e etc, os quais são corrosivos. Por tanto o grande problema na fabricação desse tipo de disjuntor está na tecnologia e controle de qualidade dos materiais a serem empregados em contato com o gás.


Cap.2 – Pág.15


Fig. 2.12: Unidade interruptora

O SF é um gás não tóxico, não inflamável e 5 vezes mais denso que o ar.

Fig. 2.13: Mecanismo de operação

No caso de Vazamento, o gás ocupa as partes mais baixas das instalações, tornando a atmosfera irrespirável, devido a falta de oxigênio. 2 Disjuntores de alta tensão

Cap.2 – Pág.16

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE 2.5

Manutenção de Disjuntores

●

A manutenção de um disjuntor de alta tensão requer os seguintes passos: Limpeza dos equipamentos;

●

Lubrificação dos contatos;

●

reaperto geral;

●

calibração dos relés de proteção;

●

troca de óleo isolante dos pólos;

●

testes e ensaios diversos de acordo com cada caso

●

●

Megger, Hipot, Altas correntes, polarida, transformadores, resistências de contatos, relação de transformação;

●

simultaneidade de contatos.

curto

circuito proporcional de

2.5.1 Pequeno volume de óleo

A manutenção dos disjuntores de pequeno volume de óleo requer fundamentalmente, cuidados com os seguintes componentes: óleo isolante, contatos, buchas, atuador mecânico e circuitos auxiliares. Os cuidados com o óleo são idênticos, em grande parte, aos que são realizados na manutenção de transformadores. Devem ser adotadas, por exemplo, as práticas: ●

Extração do óleo para ensaios de umidade e de rigidez dielétrica;

●

técnica de ensaio de rigidez dielétrica;

●

enchimento com óleo.

Há porém diferenças no que concerne às características admissíveis para óleo de enchimento de disjuntores, como se indicará. Também a degradação do óleo num disjuntor, após um certo número de atuações, é muito rápida, devido às decomposições e cabornizações produzidas pelo arco elétrico. Os ensaios de verificação e os tratamento de óleo serão mais freqüentes. A parte mecânica requer cuidados especiais pois dela depende o bom desempenho do disjuntor. Deve ser verificada, no teste de recepção e após a manutenção, ou mesmo preventivamente, a simultaneidade dos pólos. Também deve-se proceder quando necessário, testes de medição dos tempos de abertura e fechamento. Outras verificações muito importantes para a manutenção são: ● Verificação da resistência ôhmica dos contatos principais; ●

Verificação dos contatos auxiliares;


Cap.2 – Pág.17

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE ●

Verificação dos resistores de fechamento (se houver existência)

●

Medir resistência de isolamento;

●

Medir tempo de abertura e de f echamento;

●

simultaneidade de fechamento e abertura das 3 fases;

●

medir fator de potência

●

Oscilografar os tempos de abertura e fechamento.

Nos disjuntores de corrente alternada de alta e extra tensão é necessário proceder a ensaios mais elaborados que a manutenção deve dominar. Estes ensaios são executados não só na recepção como também após trabalhos de revisão mecânica e elétrica ou de manutenção corretiva. Estes ensaios são normalmente designados como: ensaios sintéticos com métodos de injeção. Pela sua complexidade, só podem ser, normalmente, feitos no fabricante.


Cap.2 – Pág.18


3 ENSAIO DE SIMULTANEIDADE O ensaio de simultaneidade consiste em verificar se o tempo de fechamento dos 3 contatos do disjuntor são iguais. Este ensaio é feito após a manutenção do disjuntor, é de grande importância este ensaio pois se um dos contatos não fechar ao mesmo tempo que os outros dois, haverá um desequilíbrio de fases, desligando o próprio disjuntor. As técnicas para este ensaio são descritas a seguir. 3.1 Disjuntor de grande volume de óleo

O método adotado é muito simples. São estabelecidos três circuitos alimentados por uma baixa tensão alternada ou contínua, e constituídos cada um pelo contato do disjuntor e por um lâmpada. O disjuntor é fechado por meios manuais. Antes da regulagem de espaço entre entre contatos, as três lâmpadas acendem em momentos diferentes. O ajuste da simultaneidade dos pólos consiste, evidentemente, em levar as lâmpadas a acender no mesmo momento. 3.2 Disjuntores a Ar ou SF6

Nos disjuntores a ar ou a SF6 o ensaio de fechamento simultâneo é, habitualmente, realizado nas seguintes condições: ● Disjuntor no local de instalação já montado; ●

●

●

●

Alimentação dos 3 pólos com uma tensão auxiliar contínua de 12 volts(dada por exemplo, por uma bateria); Limitação da corrente (após o fechamento) com 3 resistores com um valor na ordem das dezenas de Ohms; Conexão de um osciloscópio de 3 canais, com entrada ligadas aos terminais dos resistores; Estabelecimento do circuito da bobina de fechamento;

●

Envio de um sinal de corrente da bobina de fechamento para o osciloscópio.

●

Envia-se sinal de fechamento do disjuntor

●

Mede-se os tempos de fechamento a partir dos resultados mostrados no osciloscópio, verificando-se a simultaneidade dos pólos; Os ajustes mecânicos permitirão a melhor simultaneidade possível.

●

3 Ensaio de simultaneidade

Cap.3 – Pág.19

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE 3.3

Relatório do ensaio de simultaneidade

3.3.1 Objetivo

Verificar a simultaneidade dos três contatos do disjuntor da figura 3.1, os três contatos tem que fechar ao mesmo tempo.

Fig. 3.1: Disjuntor a pequeno volume de óleo

3.3.2 Introdução

Neste ensaio temos como objetivo principal verificar se os 3 contatos do disjuntor usado no ensaio, estão fechando simultaneamente. Caso contrário com o auxílio de três lâmpadas ligadas em série com cada contato, efetuaremos a regulagem. 3.3.3 Desenvolvimento

Para compreendermos um pouco mais sobre o disjuntor no qual foi feito o ensaio, tivemos que desmontar um dos contatos dele, para verificar, a ordem de montagem, conhecer melhor os componentes que este é constituído.

Fig. 3.2: Disjuntor desmontado

Feito o estudo, montamos novamente o disjuntor, e seguimos o esquema de ligação da figura Fig. 3.5, no qual curto circuitamos o neutro dos três contatos, e ligamos a fase nele e em série ligamos a lâmpada em cada um dos contatos. Seguido todo o processo, operamos manualmente o disjuntor, e verificamos que 3 Ensaio de simultaneidade

Cap.3 – Pág.20

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE apenas umas das lâmpadas do disjuntor acendeu, vamos numerar como contato 3. Constatado o erro da simultaneidade, partimos para regular os outros dois contatos do disjuntor, o contato 1 e 2, para que eles pudessem fechar ao mesmo tempo. Abrimos a a tampa do contato 1 e abaixamos o máximo possível seu contato, utilizamos um multímetro e botamos na escala de continuidade, quando o multímetro apita, significa que o contato 1 estaria fechando corretamente, mesmo abaixando o máximo possível o contato 1, não obtivemos êxito. A idéia do nosso orientador, foi afastar e levanta um pouco o contato 3, para que o contato 1 pudesse fechar, obtivemos êxito dessa maneira, o contato 3 e 1 estamos simultâneos. No contato 2, foi feito outro furo no isolador (Fig. 3.3) que força o contato 2 a fechar, fazendo este furo, a tamanho do isolador praticamente aumenta, conseguindo, fechar o contato 2, assim finalizando o experimento.

Fig. 3.3: Demonstração - furo no isolador

Refeita toda a ligação e montagem do disjuntor , operamos manualmente o disjuntor e vimos a três lâmpadas acenderem ao mesmo tempo, ou seja os contatos do disjuntor fecharam ao mesmo tempo, assim o ensaio de simultaneidade está completo.

Fig. 3.4: Esquema de ligação - feito em sala


Cap.3 – Pág.21

DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO – ENSAIO DE SIMULTANEIDADE 3.3.4 Esquema de ligação

Fig. 3.5: ensaio de simultaneidade


Cap.3 – Pág.22


4 CONCLUSÃO Após conclusão do ensaio, verificamos a importância da regulagem destes contatos, uma vez que não fechando juntos, prejudica os contatos do disjuntor e dependendo do grau de desrregulagem, fazendo com que os dispositivos de proteção atuem efetuando o desligamento do próprio disjuntor.

4conclusão

Cap.4 – Pág.23


5 BIBLIOGRAFIA Fontes de pesquisa : www.google.com.br Disjuntores de alta tensão – Roberto Colombo – Nobel/Siemens Publicação do GCOI SCM-015 e SCM-031 Curso básico de medidas elétricas – Stout, Melville B vol 1 e 2 Hartman Braun e GE – Catalogos e medidores Medidas elétricas – Rizzi, Álvaro P., Editora EFEI Curso para operadores de SE( Eletrosul) Apostilas – Celesc Catálogo de fabricantes Publicações de revistas.

5 Bibliografia

Cap.5 – Pág.24

Disjuntor Alta Tensao

Recommend Documents