CHAVES SECCIONADORAS PRIMÁRIAS Introdução Segundo a NBR 6935, chave seccionadora é um dispositivo mecânico de manobra que na posição aberta assegura uma distância de isolamento e na posição fechada mantém a continuidade do circuito elétrico nas condições especificadas. Os seccionadores são utilizados em subestações para permitir manobras de circuitos elétri elé tricos cos,, sem ca carga rga,, isolan isolando do disjun disjuntor tores, es, transf transform ormado adores res de medida medida e de proteç proteção ão e Também m são são utiliz utilizado adoss em redes redes aérea aéreass de distrib distribuiç uição ão urbana urbana e rural rural com com a barramentos. També finalidade de secionar os alimentadores durante os trabalhos de manutenção ou realizar manobras divers diversas as previs previstas tas pela pela opera operação ção.. Os secci seccion onado adores res podem podem ser fabric fabricado adoss tanto tanto em unida unidades des monopolares com em unidades tripolares, para uso interno ou externo, operada manualmente ou por telecomando.
A operação dos seccionadores com o circuito em carga provoca desgaste nos contatos e põe em risco a vida do operador. Porém, podem ser operados quando são previstas, no circuito, pequenas correntes de magnetização de transformadores de potência e reatores ou ainda correntes capacitivas. Os seccionadores podem ainda desempenhar várias e importantes funções dentro de uma instalação, ou seja:
° Manobrar circuitos, permitindo a transferência de carga entre barramentos de uma subestação. ° Isolar um equipamento qualquer da subestação, tais como transformadores, disjuntores etc., para execução de serviços de manutenção ou outra utilidade. ° Propiciar o bay-pass de equipamentos, notadamente os disjuntores da subestação. By-pass é uma operação para desviar a corrente e a tensão dos equipamentos, esse método é utilizado quando tem que ser feito manutenção ou substituição dos equipamentos, como medida de segurança para os funcionários (a) envolvidos (a) no processo.
Características construtivas São os mais diversos os tipos de construção das chaves seccionadoras, dependendo da finalidade e da tensão do circuito em que serão instaladas. chaves secci seccionad onadoras oras Os seccio cciona nado dore ress pode podem m ser cons consti titu tuíd ído os de um só pólo pólo ( chaves unipolares) ou de três pólos ( chaves seccionadoras tripolares). Os seccionadores tripolares são dotados de mecanismo que obriga a abertura simultânea dos três pólos, quando impulsionado manualmente ou por ação de um motor. m otor.
Principais partes constituintes de um Seccionador Algumas peças que compõe o seccionador são:
Pólo Seccionador: É a parte do seccionador, incluindo o circuito principal, isoladores e a base, associada exclusivamente a um caminho condutor eletricamente separado e excluindo todos os elementos que permitem a operação simultânea.
Base É construída em aço laminado, galvanizado a quente, com perfis U, I, U dupla, treliça ou tubos de aço de parede reforçada.
Mancal É a parte rotativa da base do seccionador, onde o será fixado a coluna rotativa.
Sub-Bases(Sup. Isolador) Destinam-se a elevar a altura da coluna isolante, equiparando-se com as outras.
Coluna Isolante As colunas isolantes mantêm a isolação entre a parte viva e a base do secionador, é, portanto parte fundamental na função isolante do seccionador. Elas devem suportar as mais variadas formas de solicitações dielétricas e mecânicas. As colunas isolantes devem atender as seguintes especificações: suportar os esforços dielétricos, os esforços mecânicos e não devem produzir níveis elevados de ruído.
Lâmina Principal É feita de tubo ou barra de material altamente condutor (cobre ou alumínio). A lâmina é uma peça móvel que na posição fechada do seccionador conduz a corrente elétrica de um terminal a outro e na posição aberta assegura uma distância de isolamento. É a parte mais crítica do seccionador, pois além de reunir alta condutividade e boa rigidez mecânica, a lâmina deve ser, sobretudo, leve o suficiente para permitir a operação de seccionador sem esforço demasiado. Dependendo da forma construtiva do mesmo a lâmina influi consideravelmente na vida útil do equipamento.
Suporte dos Contatos São construídos em ligas de cobre ou alumínio e dimensionados de forma tal que resistem aos esforços de operação. Além disso, eles devem ter uma seção suficientemente grande para não se aquecerem com a passagem das correntes nominais e de curto-circuito.
Contatos É o conjunto de duas ou mais peças condutoras de um seccionador, destinadas a assegurar a continuidade do circuito quando se tocam, e que devido ao seu movimento relativo durante uma operação, fecham ou abrem esse circuito. O contato propriamente dito é então feito através das superfícies de prata ou sua liga. A pressão nos contatos é dada por molas de aço inox, bronze fosforoso ou cobre-berílio. É a parte do seccionador que mais apresenta problemas, com necessidade de substituição, pois é onde ocorre o contato direto entre contato móvel da lâmina principal.
Mecanismo de Acionamento É o conjunto que, recebendo o comando através da coluna isolante rotativa, opera a lâmina dando-lhe os movimentos necessários para cumprir a sua função. Geralmente possui molas dentro dos chamados canhões, para suavizar a abertura e o fechamento da lâmina. Durante o estágio verificamos que este tipo de peça sobressalente dificilmente apresenta qualquer tipo de problema, pois é uma peça bastante robusta.
Contatos de arco (chifres) convencionais São utilizados para interromper pequenas correntes como, por exemplo, a corrente de magnetização do transformador, a corrente de uma linha ou barramento em vazio etc. São duas hastes metálicas, uma fixa ao contato fixo e a outra à ponta da lâmina móvel e são instaladas de tal modo que quando a lâmina começa a sair do contato fixo, o caminho da corrente fica estabelecido entre os chifres, evitando que o arco venha a queimar os contatos da chave. São de cobre e geralmente possuem a área de contato em material de tungstênio.
Mecanismo Motorizado Composto por uma caixa fabricada em alumínio e pintada, com os componentes elétricos acoplados internamente e um motor com redutor. Função principal: Transmitir o torque produzido pelo motor-redutor a haste de descida, possibilitando a realização de manobra dos pólos dos seccionadores e dos pólos das lâminas de terra.
Tipos de chaves seccionadoras ° Uso interno
- Simples - Bucha passante - Fusíveis - Interruptores - Reversíveis
° Uso externo
- Abertura lateral singela (ALS)
- Dupla abertura lateral (DAL) - Abertura vertical (AV) - Pantográficas Os seccionadores de uso interno são os destinados à operação em subestações de consumidor , em geral, de pequeno e médio porte de instalação abrigada , livre das intempéries. Nesse tipo se enquadram as subestações construídas em alvenaria e de módulo metálico.
Seccionadores Simples São constituídos por uma lâmina condutora (seccionadores unipolares) ou por três lâminas condutoras (seccionadores tripolares) de abertura simultânea, acionadas através de mecanismo articulado. Esse tipo de seccionador tripolar é utilizado com muita freqüência em SE de alvenaria. Apresenta o aspecto construtivo abaixo.
O seccionador simples é montado sobre estrutura metálica, construída de chapa de ferro dobrada em U que sustenta os três pólos e o eixo do mecanismo de acionamento manual na extremidade do qual pode ser montada a alavanca.
Seccionadores com bucha passantes Esse tipo de seccionador possui um conjunto de buchas de passagem montado, em geral, na sua parte superior, o que permite a ligação entre dois cubículos adjacentes. São basicamente utilizados em painéis metálicos devido ao reduzido espaço que ocupam, já que é dispensável a instalação de buchas de passagem. São fabricados com isoladores de porcelana vitrificada, próprios pala instalação abrigada, ou ainda, com isoladores de resina epóxi. A figura abaixo mostra o seu aspecto construtivo.
O seccionador é montado em uma estrutura de ferro dobrado que sustenta os três pólos e as alavancas de manobra previstas. As lâminas e os contatos são constituídos de maneira idêntica à dos seccionadores simples. A sua fixação é própria para painéis metálicos é feita através de parafusos presos à estrutura do próprio seccionador.
Seccionadores fusíveis Seccionadores fusíveis são as chaves seccionadoras dotadas de três hastes isolantes, normalmente de resina epóxi ou de fenolite, montadas em paralelo a três cartuchos fusíveis também fabricados em epóxi ou fenolite. Como as demais o acionamento da chave é tripolar e de comando simultâneo através do mesmo mecanismo articulado. Também, os isoladores são da mesma construção dos modelos anteriores.
Os seccionadores fusíveis, como o próprio nome sugere, exercem as funções simultâneas de proteção e acionamento.
Os elos fusíveis são instalados no interior do cartucho da chave, sendo preso na sua extremidade inferior, tal como se procede nas chaves fusíveis unipolares convencionais. A substituição do elemento fusível implica a abertura do seccionador , assegurando-se, antes, que a carga esteja desconectada. Tanto a retirada como a recolocação do cartucho devem ser feitas através de vara de manobra com gancho apropriado na extremidade. O fechamento do seccionador somente deve ser feito quando os cartuchos estiverem convenientemente instalados, isto é, com os contatos superiores fechados. Opcionalmente podem ser fornecidos contatos auxiliares NA ou NF que possibilitam intertravamento com o disjuntor correspondente.
Gancho para abertura em carga Considerando que as chaves fusíveis não possuem mecanismo de extinção de arco elétrico (fenômeno ocorrido devido a efeitos indutivos) para operação por intervenção humana, estas não devem ser operadas em carga. Por outro lado, utilizando-se a ferramenta loadbuster, podese operar a chave fusível com o circuito em carga plena, desde que sejam respeitados os limites da ferramenta mencionada. A operação de chaves fusíveis sem o emprego da ferramenta loadbuster só é tolerável quando a mesma está apenas submetida à tensão, o que é feito normalmente pelas concessionárias. O loadbuster é uma ferramenta concebida para ser acoplada aos terminais de chaves cuja concepção de operação não é para abertura em carga. Tomando-se como base a abertura da chave fusível e as figuras 1 e 2, descrevemos a seguir o princípio de funcionamento.
° Ao acoplar o loadbuster a chave fusível conforme figura 1, a corrente elétrica divide-se entre a ferramenta e a própria chave. ° Ao realizar o primeiro movimento da alavanca da ferramenta loadbuster com a vara de manobra, abre-se a chave fusível, sem, no entanto, desconectar os contatos internos do loadbuster, permitindo que toda corrente da fase correspondente circule apenas por ele conforme a figura 2. ° Num segundo movimento da vara de manobra, os contatos internos do loadbuster são abertos no interior da câmara de extinção do arco elétrico, normalmente cheia de Hexafluoreto de carbono (CF6) ou outro meio extintor, tal como, disjuntor SF6(hexafluoreto de enxofre).
Figura I
Figura II
Figura III Disjuntor SF6 Arco Elétrico
Quando os contatos de um disjuntor, que estão conduzindo uma corrente elétrica, são separados, dá-se a formação de um arco elétrico no ponto de separação. Se a corrente e a tensão são suficientemente grandes para manter o arco, forma-se um caminho para a corrente, junto com a formação de gases incandescentes, neste caso, a temperatura pode elevar-se a cerca de 2000 oC. Como esse arco é capaz de deteriorar os contatos, deve-se tomar medidas para extingui-lo e para isso pode-se utilizar os seguintes procedimentos: a) Aumento rápido do comprimento do arco; b) Resfriamento do arco; c) Deionização; d) Restabelecimento rápido da rigidez dielétrica do meio.
Seccionadores reversíveis Seccionadores reversíveis são chaves que permitem normalmente a transferência de carga de um para o outro circuito. São muitos utilizados em subestações de consumidor, quando se tem uma geração de emergência ou alternativa que não possa ser feita em tensão secundária, em virtude das distâncias em que se acham as cargas.
Dados dimensionais mais importantes do seccionadores de uso interno. Como essas dimensões variam dentro de certa faixa, de fabricante para fabricante, os valores apresentados abaixo indicam apenas uma ordem de grandeza aceitável.
Seccionadores para uso externo Esse tipo de seccionador é destinado à operação em subestação de instalação externa, normalmente de grande porte.
Seccionador de abertura lateral singela – tipo ALS Caracterizada por apresentar as hastes condutoras se abrindo lateralmente. O comando é feito numa das colunas isolantes que gira em torno do seu próprio eixo até atingir um ângulo de aproximadamente 60°. Uma haste metálica pode ligar rigidamente o comando de três chaves, formando um conjunto tripolar.
Seccionadora dupla abertura lateral São constituídas de duas lâminas condutoras articuladas a partir de um ponto central da chave, montadas sobre uma coluna isolante que gira juntamente com o mecanismo de manobra.
Dupla abertura lateral com uma coluna rotativa
Dupla abertura lateral com duas colunas rotativas
Seccionador de abertura vertical – tipo AV Seccionador de operação vertical constituído por três colunas isolantes, sendo duas fixas, suportes dos contatos fixo e móvel e uma rotativa que aciona o contato móvel. (Figura 2-4). Na posição aberta o contato (lâmina) encontra-se na posição vertical e quando se fecha passa à posição horizontal. Utilizada amplamente, permite máxima visibilidade da posição do seccionador e pode ser aplicado em espaçamento mínimo entre fases.
Seccionador pantográfico – tipo PG Seccionador de operação vertical e suportes independentes, constituídos de um contato fixo normalmente montado diretamente sob a linha ou barramento e um contato móvel constituído de elementos articulados formando uma série de paralelogramos (pantográficos suportado por uma coluna isolante fixa normal ao plano da base e acionado por uma coluna rotativa paralela à anterior) (Figura 2-5). Normalmente no secionador pantográfico os pólos são operados individualmente .
Características Elétricas Tensão nominal Tensão nominal é aquela para a qual o seccionador foi projetado para funcionar em regime continuo, e deve ser igual à tensão máxima de operação prevista para o sistema em que será instalado
Corrente nominal Corrente nominal é aquela que o seccionador deve conduzir continuamente sem quie sejam excedidos os limites de temperatura previstos em norma Os valores de corrente nominal padronizado pela ABNT são: 200,400,600,800,1200,1600,2000,2500,3000,4000,5000 e 6000 A Em subestações de consumidor indústrial 15 kV, o mais comum é a utilização do seccionadoresde 200,400 e 600 Já em tensão 69kV, o mais frequente é a utilização de seccionador de 1200 e 1600ª
Condições de trabalho acima dos valores nominais Sobrecarga contínua Caracteriza-se pela percentagem de corrente adicional que o seccionador podem suportar dentros dos limites de temperatura normalizados Uma outra maneira de definir uma sobrecarga contínua diz que é a corrente de qualquer valor superior à corrente nominal do seccionador, que é capaz de conduzí-la durante um período de tempo suficientemente longo para permitir a estabilização de sua temperatura de operação
Sobrecarga de curta duração
Caracteriza-se pela corrente que o seccionador pode conduzir acima de sua capacidade nominal, durante um período de tempo especificado, sem que sejam excedidos os limites de temperatura dados por norma Um exemplo clássico de regime de curta duração é o da partida de grandes motores cujo o valor da corrente de acionamento pode chegar a dez vezes o seu valor nominal
Especificação Sumária No período de compra de um seccionador, devem constar pelo menos as seguintes informações que caracterizam o equipamento apropriado para as necessidades da instalação em que irá operar: Tensão nominal; Corrente nominal; Freqüência nominal; Corrente nominal suportável de curta duração; duração da corrente suportável de curtocircuito; valor de crista nominal da corrente suportável; Tensão de operação dos circuitos auxiliares; Tensão nominal dos dispositivos de comando, seu valor nominal
