Método inovador para teste e manutenção: Disjuntores SF6

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Um pouco de história sobre os disjuntores…

Um disjuntor, em uma subestação, é um dispositivo mecânico de chaveamento, projetado para interromper ou estabelecer continuidade entre seus contatos, tanto para condições normais quanto anormais, como um curto-circuito. Neste último, os disjuntores devem interromper o curto-circuito o mais rápido possível.

A imagem abaixo mostra uma classificação de disjuntores intuitiva e fácil de lembrar:

Disjuntores são classificados por nível de tensão:

  • baixa tensão: a extinção do arco, bem como o meio de isolamento são sempre ar, portanto não são considerados neste documento. São divididos em Disjuntores Miniatura (MCBs), para uso doméstico e industrial, e Disjuntores em Caixa Moldada (MCCBs), para uso industrial. Ambos são caracterizados pela unidade combinada de proteção térmica (lenta) e a unidade magnética (extremamente rápida). Eles não precisam de nenhum tipo de mantimento, visto que são eletromecânicos.
  • disjuntores de média e alta tensão: podemos dizer que, geralmente, para tensões médias de até 6 KV, o ar é o melhor isolante e meio de extinção de arco. Para tensões entre 6 KV e 30 KV, o vácuo é mais usado. Acima de 30 KV, até 400 KV, óleo era amplamente usado. Muitos desses disjuntores ainda estão em uso, e foram fabricados para faixas de tensão mais baixas.
  • e há os disjuntores SF6: que são os mais usados hoje em dia. O SF6 é gás que possui, ao menos, as categorias N2  e CF4, que são relacionadas à temperatura ambiente mínima capaz de aguentar, antes de condensar.

Abaixo, algumas imagens de típicos disjuntores baseados nos meios de extinção:

Focando neste último, analisaremos com mais detalhes.

Disjuntores SF6 possuem dois contatos, o contato principal e o contato de arco. O contato principal não deve, jamais, abrir ou fechar o circuito – esta é a função do contato de arco, sendo um contato de “sacrifício”. Durante a abertura do interruptor, aparece um arco que se desgasta, queimando, e assim, diminuindo o comprimento e a superfície do contato do arco com as operações.

O comprimento do contato de arco pode ser encontrado apenas pelos seguintes três métodos:

  • desmontando a câmara do interruptor;
  • Raio-X;
  • Gravação da medição dinâmica de resistência (DRM).

            O processo de abertura deste tipo de disjuntores pode ser visto na imagem abaixo. Primeiro estágio: o contato principal abre, mas o contato de arco está fechado. É quando o arco aparece e começa a desgastar o contato de arco. O processo de abertura continua até que o arco de contato esteja completamente aberto. É importante lembrar que, neste tipo de disjuntores, o contato principal não deve nunca abrir o disjuntor, podendo gerar perigo.

Disjuntor fechado | Contato principal abre| Contato de arco abre

 MANUTENÇÃO  DE DISJUNTORES

Há quatro testes comumente usados para checagem do desempenho de disjuntores a gás SF6:

  • Valor estático de resistência
  • Gravação de resistência dinâmica
  • Tempo de operação
  • Sincronia
Exemplo de um disjuntor SF6

TESTE DE RESISTÊNCIA ESTÁTICA

Este teste é realizado sempre em todos os disjuntores. Ele fornece informação a respeito do status do contato do disjuntor.

A resistência de contato estático é importante pois, dependendo de seu valor, muita energia (calor) pode ser consumida pelo disjuntor, resultando em sérios danos.

Como exemplo, vamos considerar dois disjuntores diferentes, do mesmo modelo, porém um deles possui resistência de contato adequada, já o outro possui um valor errado, anormalmente alto.

  • Resistência de contato do disjuntor 1 = 65 µΩ
  • Resistência de contato do disjuntor 2 = 100 mΩ
  • Corrente entre cada disjuntor = 200 A

A potência consumida corresponde à equação P = R * I². Aplicando os dados fornecidos anteriormente, temos que:

  • Consumo de potência para o disjuntor 1 = 2,6 W
  • Consumo de potência para o disjuntor 2 = 4 kW

A diferença é enorme, fazendo um análise básica  para manutenção de disjuntores.

Para realizar este teste, é necessário conectar cabos em cada extremidade de cada pólo do disjuntor, e checar a relação entre a tensão e a corrente injetada no contato. Essa operação nem sempre é fácil, e é importante possuir um dispositivo multiuso em mãos, com o mesmo cabeamento, para desempenhar o máximo de testes possível, resultando em maior eficiência e mais segurança para as pessoas trabalhando no campo. O dispositivos PRIME 200 e PRIME 600 têm a capacidade de realizar (entre outras coisas) o controle de resistência estática, então, com uma única conexão, este e vários outros testes podem ser realizados.

GRAVAÇÃO DE RESISTÊNCIA DINÂMICA

Gravar a variação da resistência de contato enquanto o contato está se movendo nos garante melhores informações a respeito do status de todo o mecanismo do interruptor. Por este teste, obtemos informação sobre o valor de resistência estática (resistência do contato principal), valor da resistência do arco, comprimento do contato de arco e sincronismo de cada pólo durante todo o processo de abertura.

Gráfico da Resistência (mΩ) em função do tempo (ms)

O PRIME 200 e 600 podem realizar este teste, gravar a evolução da corrente que passa pelos contatos e valores da resistência durante todo o processo, resultando em um gráfico claro e intuitivo que mostra todas as informações a respeito do status de saúde do disjuntor.

A imagem a seguir mostra de forma clara o processo de análise deste teste:

Rc: Resistência de contato do disjuntor completa

Rm: Resistência do contato principal

Ra: Resistência do contato de arco

Durante o primeiro estágio, o disjuntor está completamente fechado, portanto o valor de resistência é o contato de resistência, o que é um dos principais testes necessários para avaliar a saúde de todo disjuntor. Ambos os contatos principal e de arco estão fechados.

No segundo estágio, o contato principal começa a abrir, mas o contato de arco ainda está fechado. Neste estágio, estamos checando como o valor da resistência aumenta enquanto a superfície do contato principal está caindo.

No terceiro estágio, o contato principal está completamente aberto, mas o contato de arco ainda está fechado. Isso é mostrado com um aumento acentuado da resistência. a partir disso, até que o disjuntor esteja completamente aberto, controlamos o valor de resistência do arco. Podemos avaliar o tempo tomado pelo disjuntor neste estágio, levando em conta a velocidade de viagem (fornecida pelo fabricante), podemos calcular de forma precisa o comprimento do arco, e determinar se é necessário realizar manutenção ou não.

No estágio final, o disjuntor é aberto completamente, portanto a resistência tende a infinito.

TEMPO DE OPERAÇÃO

A norma IEC 62271-00 define que tempo de operação é o intervalo de tempo entre o aparecimento da tensão na bobina de abertura, estando o disjuntor fechado, e o instante em que os contatos estão completamente abertos em todos os pólos.

Pela gravação da variação da resistência enquanto o disjuntor se move, somos capazes de determinar o tempo de operação e a transição de cada parte dos contatos dentro do pólo. Abaixo, segue uma representação da completa operação do disjuntor:

SINCRONISMO

Outro aspecto importante em cada disjuntor é o sincronismo entre a diferentes fases. É crucial que todos trabalhem simultaneamente de forma a evitar qualquer perigo por mal funcionamento devido à corrente que flui por uma fase. Para isto, quando um comando de abertura é enviado para o disjuntor, cada fase deve começar a manobra de abertura e finalizar ao mesmo tempo dentro de um limite de tempo, mostrado nos padrões.

Dependendo do padrão aplicado, os requisitos de tempo da diferença mínima entre fases, ou até mesmo entre contatos da mesma fase, mudarão. Por exemplo:

COMO REALIZAR ESTES TESTES?

Considerando os requisitos anteriores, possuindo todas essas informações, os disjuntores obterão manutenção nos momentos certos, maximizando a expectativa de vida dos mesmos.

Até então, alguns dos teste foram realizados desmontando disjuntores, apesar do risco (SF6 é um gás com alta capacidade poluente).

Os dispositivos PRIME 200 e PRIME 600 podem realizar estes quatro testes, sem precisar atuar no disjuntor em si, mas conectando cabos apenas uma vez. Isso resulta em economia de tempo no processo de inspeção, bem  como em atividades de manutenção, visto que estas são realizadas apenas quando são apresentados resultados anormais. Além disso, é importante ter em mente a segurança da equipe durante as atividades de inspeção.

Veja abaixo alguns exemplos de resultados obtidos com o PRIME 600 e seu software PRIME SYNC:

Artigo produzido pela Euro SMC