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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS UNIDADE DE ENSINO 06 DISJUNTORES CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CONSIDERAÇÕES INICIAIS • Uma das grandes dificuldades que sempre se apresentam para uma confiável operação dos sistemas elétricos de potência (e que se constituem em um desafio para os cientistas e pesquisadores) reside na tecnologia para se manobrar (abrir/ fechar) os circuitos com correntes de carga ou de defeito; • O grande dificultador é o fenômeno natural que surge durante estas operações, conhecido como ARCO ELÉTRICO. • Por essas razões, os chamados DISJUNTORES são considerados como os dispositivos da maior importância nas situações de manobra e proteção dos sistemas elétricos, uma vez que tais equipamentos foram desenvolvidos especificamente com as finalidades de operar de forma adequada diante das condições acima mencionadas. ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE O ARCO ELÉTRICO E SUA PRESENÇA NA MANOBRA DOS CIRCUITOS • De acordo com a ABNT NBR-5456: ARCO ELÉTRICO: Condução em gás auto mantida para a qual a maioria dos portadores de carga são elétrons liberados por emissão eletrônica primária. ou, em outro formato: ARCO ELÉTRICO: É o resultado da ruptura dielétrica do gás, produzindo uma descarga de plasma (similar a uma fagulha instantânea) resultante de um fluxo de corrente em um meio normalmente isolante, a exemplo do ar. • Quando se muda de estado um circuito (abrindo-o ou fechando-o), são reconhecidas as dificuldades impostas pelo fenômeno natural representado pelo arco elétrico que surge durante a separação ou junção dos contatos; • No caso dos disjuntores de potência, este inconveniente deve ser eliminando, uma vez que estes equipamentos devem interromper todas as solicitações das correntes elétricas de carga ou de defeito, associadas às sobretensões que possam surgir no sistema elétrico; CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Ocorre que, no momento da separação dos contatos (fixos e móveis) dos disjuntores, o arco elétrico (constituído principalmente de íons e elétrons livres) acompanha a forma de onda senoidal da corrente a ser extinta naturalmente, na sua passagem da onda senoidal pelo zero do ciclo. • Como soluções para se eliminar tal inconveniente, foram desenvolvidas algumas técnicas de interrupção do arco elétrico, as quais foram empregadas nos diferentes modelos de disjuntores; • Seja no entanto qual for a técnica utilizada, uma elevada energia é dissipada através do arco durante a sua interrupção. Portanto, independentemente do tipo de disjuntor, procura-se sempre monitorar o arco elétrico da melhor forma que for possível, evitando as interrupções bruscas de corrente e sobretensões, o que podem provocar, entre outros inconvenientes, gastos excessivos dos contatos e das câmaras de arco, deteriorando-as. Evolução nas Tecnologias de Extinção do Arco Elétrico • Os tipos de arco em torno dos contatos de ocorrência mais usual são os seguintes: Deterioração de um contato fixo (a) e de um contato móvel (b) de um disjuntor, após várias operações. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS A. Fluxo axial B. Fluxo transversal Contato Fixo Corpo Isolante Contato Fixo Bocal Arco Pressão Atmosférica P2 Alta Pressão de ar P1 Alta Pressão de ar P1 Arco Contato Fixo Contato Móvel Contato Móvel Tanque vivo: quando o arco elétrico contribui ele próprio no processo de extinção. Ex.: quando o arco provoca a vaporização do óleo e a sua rotação no vácuo Tanque morto: quando o arco elétrico não contribui no processo de extinção, o que é executado apenas pelo dielétrico e pelos mecanismos. Ex.: na extinção do arco no disjuntor grande volume de óleo, este último se presta apenas como isolante e refrigerante. CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS Corrente Nominal (In): Valor RMS da corrente em regime contínuo que o disjuntor deve ser capaz de conduzir permanentemente, sem que a elevação de temperatura exceda os valores especificados nas condições especificadas na respectiva Norma. Corrente de Interrupção (kA): Corrente no polo de um disjuntor no instante do início do arco durante uma operação de abertura. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Corrente de Interrupção Simétrica Nominal (Icc): Valor RMS da componente alternada da corrente de interrupção nominal em curto-circuito. A corrente de interrupção simétrica é utilizada em alternativa à Potência de Interrupção. Potência de Interrupção (Pcc): A Potência de Interrupção (Pcc) é dada (para os circuitos trifásicos) por: Pcc = V . Icc . √3, onde V é a tensão de operação e Icc a corrente de interrupção, sendo usuais as grandezas MVA e GVA. Corrente de Interrupção Assimétrica: A corrente de interrupção assimétrica é dada por: Iass = Isim . a, onde a = fator de assimetria obtido conforme indicado abaixo. Porcentagem da Componente Contínua: Relação percentual entre a componente contínua e a componente alternada da corrente de interrupção nominal em curto-circuito. Corrente de Estabelecimento (Ie): Valor de crista do primeiro ciclo de corrente em um polo de um disjuntor, durante o período transitório que se segue ao instante do estabelecimento da corrente, em uma operação de fechamento. Corrente Suportável de Curta Duração (kA): Valor RMS da corrente que um disjuntor pode suportar na posição fechada, durante um curto intervalo de tempo especificado, nas condições prescritas de emprego e de funcionamento. Tempo da Corrente Nominal de Curto-Circuito (Tcc): A duração nominal da corrente de curto-circuito é aquela a qual o disjuntor, quando fechado, pode suportar a corrente de CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS interrupção simétrica nominal. A duração nominal da corrente de curto-circuito dos disjuntores é usualmente de 3 segundos. Tensão Nominal (kV): Valor RMS da tensão para o qual o disjuntor é projetado para operar e ao qual são referidos os outros valores nominais. Nível de Isolamento (kV): Valor da tensão suportável que caracteriza o isolamento de um disjuntor em relação a sua capacidade de suportar esforços dielétricos. Nível de Isolamento em função da Altitude: • Os valores nominais das tensões suportáveis à frequência industrial (60 Hz) e de impulso são especificados de acordo com a NBR 6936 e IEC –Publ. 71 para cada nível de tensão de isolamento e são válidos para as condições atmosféricas normais referidas ao nível do mar, ou seja: 1013 mbar a 20°C e umidade do ar 11g/cm³. • Como se sabe, a capacidade de isolação de um isolamento no ar decresce com o aumento da altitude, devido às alterações da densidade do ar. As Normas Técnicas costumam desprezar esta redução da capacidade de isolação para altitudes de até 1.000m. Para altitudes superiores, deve ser aplicado um fator de correção “k” conforme gráfico apresentado ao lado; • Tensão Suportável à Frequência Industrial(kV): Valor RMS da tensão senoidal de frequência industrial (60Hz) que um disjuntor deve suportar, em condições de ensaio especificadas (a seco e sob chuva). • Tensão Suportável de Impulso –TSI (kV): Valor do impulso normalizado, atmosférico pleno ou de manobra que um disjuntor suporta, nas condições prescritas nos ensaios. • Tensão de Restabelecimento (TR): Tensão que surge entre os terminais de um polo do disjuntor, após a interrupção da corrente. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT): Tensão de restabelecimento no intervalo de tempo em que ela tem uma característica transitória apreciável. • Taxa de Crescimento da Tensão de Restabelecimento Transitória (TCTRT): Relação entre o valor de crista da TRT e o tempo gasto para atingir esta tensão. • Tempo de Fechamento (ms): Intervalo de tempo desde o início do comando até o fechamento galvânico dos contatos em todos os polos. • Tempo de Abertura - ou de corte (ms): Intervalo de tempo desde o início do comando até a separação galvânica dos contatos em todos os polos. • Tempo de Interrupção (ms): Intervalo de tempo desde o início da separação galvânica dos contatos em todos os polos até a final extinção do arco. • Tempo de Arco (ms): Intervalo de tempo desde o início do comando até a final extinção do arco. • Capacidade de Interrupção: É a capacidade do disjuntor em suportar as correntes de defeito em condições definidas, sem apresentar reignição. É dada em kA, MVA ou GVA. Evolução na Capacidade de Interrupção dos Disjuntores (GVA) • Algumas das condições de operação nas quais o disjuntor deverá garantir a sua capacidade de interrupção: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS � Manobra de Banco de Capacitores (ou interrupção de correntes capacitivas); � Operação em Condições de Tensão de Restabelecimento Transitória; � Ciclo de Operação; � Operação em Oposição de Fases; � Operação em Frequência Própria. • Condições em que o disjuntor deverá garantir a sua capacidade de interrupção: � Manobra de Banco de Capacitores (ou de correntes capacitivas): Na manobra de capacitores, é imprescindível que o disjuntor seja capaz de interromper a corrente da potência mais elevada do banco, sem reacendimento e, conseqüentemente, sem sobretensões. Os disjuntores devem ser adequados para manobra de correntes capacitivas mais elevadas, sem risco de ocorrer reacendimentos. � Operação em Condições de Tensão de Restabelecimento Transitória: Como se sabe, mesmo após interrompida a corrente, surge no circuito a “tensão de restabelecimento transitória”, cujo valor é fundamental para se determinar a capacidade de ruptura do disjuntor. Desta forma, o projeto e a construção do equipamento deverão possibilitar a total interrupção do arco elétrico, uma vez conhecidos os parâmetros da referida tensão de restabelecimento. � Ciclo de Operação: É a sequência nominal de operação estabelecida pela norma, na qual deve ser garantida a capacidade de interrupção. Pode ser com ou sem religamento rápido do disjuntor. Sequência Nominal de Operação sem Religamento Rápido: O-0,3s-CO-3 min-CO - Normas: NBR 7118 (ABNT); IEC56-2 Sequência Nominal de Operação com Religamento Rápido: O-0,3s-CO-15 s-CO - Normas: NBR 7118 (ABNT); ANSI C37 Sendo, O = Uma operação de abertura (open); C = Uma operação de fechamento (close); S = Tempo em segundos. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS � Operação em Oposição de Fases: O disjuntor deve operar sem reignição ainda que ocorra o desligamento de uma fonte, estando o sistema alimentado por vários geradores em paralelo (sistema elétrico em anel). Como os geradores operam em sincronismo, pode ocorrer um defasamento de 180º no ângulo das tensões, o que significaria surgir nos terminais de abertura do disjuntor durante sua operação uma tensão de até duas vezes o valor de sua tensão nominal. � Operação em Frequência Própria: Em consequência da presença de indutâncias e capacitâncias no sistema elétrico, no instante da interrupção será provocada uma oscilação de tensão entre os contatos. Essa oscilação obedece a uma frequência designada “frequência própria do sistema elétrico”. Quanto maior for essa frequência, mais difíceis serão as condições de interrupção do arco. Isto pelo fato destas oscilações submeterem o disjuntor a sobretensões e, sendo estas sobretensões rapidamente alcançadas, o tempo disponível para se regenerar o dielétrico entre os contatos será muito pequeno. Caso as sobretensões atinjam valores em um tempo insuficiente para a regeração do meio dielétrico poderá ocorrer a reignição do arco elétrico. DISJUNTORES DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA CONCEITUAÇÃO SEGUNDO A NORMA ABNT NBR-5459 DISJUNTOR: Dispositivo de manobra (mecânico) e de proteção, capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições anormais que porventura surjam no circuito, a exemplo das correntes de curto-circuito. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS PRINCIPAIS TIPOS DE DISJUNTORES QUE OPERAM NO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA Os disjuntores são designados de acordo com a técnica de interrupção que cada um deles utiliza. Desta forma, são considerados tipos principais: DISJUNTOR VÁCUO ARCOMPRIMIDO GRANDE VOLUME (GVO) PEQUENO VOLUME (PVO) ÓLEO MINERALSOPROMAGNÉTICO GÁS SF6 A. DISJUNTORES A SOPRO MAGNÉTICO (OU DISJUNTORES A SECO) CONCEITO Disjuntor cujos contatos principais operam em um campo magnético produzido pela própria corrente que percorre o circuito principal; • Neste tipo de disjuntor os contatos se abrem no ar, empurrando o arco para dentro das câmaras de extinção, onde ocorre a interrupção devido a um aumento na resistência do arco e, consequentemente, na sua tensão; • O aumento da resistência do arco é devido: 1. Ao alongamento do arco; 2. À fragmentação do arco em arcos menores, em série, nas várias fendas da câmara de extinção; 3. Ao resfriamento do arco em contato com as paredes da câmara • Durante o processo de interrupção da corrente, desde a separação dos contatos principais até a total extinção do arco, são consideradas três etapas: CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 1ª etapa – Separação dos contatos principais anti-arco; 2ª etapa – No seu deslocamento de subida espontânea, o arco atinge os defletores da câmara; como a corrente atravessa a bobina de sopro, inicia-se a excitação do circuito magnético. Neste instante, surge uma força que atua sobre o arco, empurrando bruscamente para cima; 3ª etapa – o efeito da força criada pelo campo magnético introduz o arco no pacote cerâmico da câmara. Nesta etapa, ocorre a extinção do arco no instante da primeira passagem de corrente pelo zero do ciclo. ETAPAS DA OPERAÇÃO DURANTE A INTERRUPÇÃO Uma análise do comportamento do arco elétrico em seus diversos estágios desde seu surgimento até a sua total extinção pode ser interpretada pelaoscilografia ao lado. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS PRINCIPAIS COMPONENTES DA CÂMARA DE EXTINÇÃO DE ARCO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS ASPECTOS CONSTRUTIVOS 1. Pacote cerâmico de resfriamento do arco; 2. Terminais principais de entrada e saída de corrente; 3. Contatos principais móveis; 4. Caixa do mecanismo de operação; 5. Base suporte. INSTALAÇÃO DO DISJUNTOR EM PAINEL 1 2 4 3 5 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CARACTERÍSTICAS / VANTAGENS / DESVANTAGENS NA APLICAÇÃO � Vida elétrica elevada; � Peso e dimensões relativamente grandes, especialmente para tensões mais elevadas; � Fácil inspeção; � Ausência de sobretensões durante as manobras para qualquer valor de corrente; � Corrente nominal, capacidade de interrupção e de fechamento elevadas; � Elevada capacidade de interrupção das correntes de curto-circuito quando utilizados em instalações no interior de painéis na classe de média tensão. � Não produzem grandes surtos de manobra; � É recomendável onde as instalações com o óleo isolante são problemáticas (por ser este um meio de extinção inflamável); B. DISJUNTORES A ÓLEO MINERAL ÓLEO ISOLANTE MINERAL COMO MEIO DE INTERRUPÇÃO A utilização do óleo como meio de interrupção se constitui em uma das mais antigas formas de operação dos disjuntores. O poder de extinção do óleo pode ser explicado da seguinte forma: • A temperatura do arco sendo elevadíssima, decompõe o óleo e libera gases compostos basicamente de: 1. 70% de hidrogênio (H2); 2. 20% de acetileno (C2H4); 3. 10% de metano e outros gases. • Quem predomina nesta queima é o H2; por esta razão, diz-se que o arco se queima em uma atmosfera de hidrogênio. • Como este gás tem uma condutividade térmica bastante elevada, a retirada de calor se processa de maneira eficiente, resfriando o arco; CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Pode-se considerar, portanto, que: � A interrupção ocorre com contribuição direta de dois elementos inflamáveis: o óleo isolante e o hidrogênio; � A interrupção ocorre juntamente com uma elevação de pressão; • Durante o processo de interrupção do arco, a pressão dos gases atinge valores da ordem de 50 a 100 Kgf/cm²; • Ocorrida a a interrupção, as bolhas formadas pelos gases saem do disjuntor em direção à atmosfera após resfriados; • Neste processo, é ainda produzida uma pequena quantidade de substâncias carboníferas, que permanecem em suspensão no óleo, reduzindo progressivamente as suas características dielétricas. TIPOS DE DISJUNTORES A ÓLEO ISOLANTE MINERAL 1 - Disjuntores a Grande Volume de Óleo (GVO) Conceito: Disjuntor cujos contatos principais operam imersos em óleo, em quantidade suficiente para isolação entre as partes vivas e a terra. 2 - Disjuntores a Pequeno Volume de Óleo (PVO) Conceito: Disjuntor cujos contatos principais operam imersos em óleo, que se presta essencialmente para extinção do arco entre as partes vivas e a terra. 1 - DISJUNTORES A GRANDE VOLUME DE ÓLEO (GVO) • Este o mais antigo dos tipos de disjuntores isolados a óleo mineral; • As primeiras unidades construídas, consistiam apenas de um tanque metálico, no interior do qual eram imersos os contatos, sem nenhuma câmara de extinção (a exemplo das chaves a óleo); • Inicialmente, colocavam-se os três polos em um único tanque e, posteriormente, cada polo foi instalado em tanques independentes (porém com operação tripolar); • Embora possuam grande capacidade de interrupção, foram perdendo espaço nos sistemas elétricos em função das suas grandes dimensões e do grande volume de óleo a ser tratado; CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Foram fabricados até o nível de 230kV. COMPONENTES DISJUNTOR 1Ø 1. Bucha isolante de passagem; 2. Indicador de nível de óleo; 3. Abertura para alívio de sobrepressões 4. Haste móvel; 5. Concha guia da haste móvel; 6. Câmara de extinção e contatos fixos; 7. Unidade de controle do arco; 8. Contato paralelo; 9. Resistor; 10. Suporte de movimentação dos contatos móveis; 11. Amortecedor de impulso. COMPONENTES DISJUNTOR 3Ø 1. Bucha isolante de passagem; 2. Indicador de nível de óleo; 3. Abertura para alívio de sobrepressões 4. Transformador de corrente; 5. Concha guia da haste móvel; 6. Haste móvel; 7. Câmara de extinção e contatos fixos; 8. Resistor de amortecimento; 9. Suporte de movimentação dos contatos móveis CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS DETALHE DOS CONTATOS PRINCIPAIS MÓVEIS CONTATOS PRINCIPAIS DURANTE A OPERAÇÃO 2 - DISJUNTORES A GRANDE VOLUME DE ÓLEO (GVO) CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Estes disjuntores representam a evolução dos antigos GVO, na medida em que se procurou projetar uma câmara de extinção de arco para cada polo, diminuindo, portanto, drasticamente o volume de óleo total do equipamento; • Neste caso, chegou-se a uma solução na qual apenas o volume do polo onde se abrigava a câmara de extinção era preenchida com o óleo isolante; CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS SEQUÊNCIA NA EXTINÇÃO DO ARCO NA CÂMARA DE UM DISJUNTOR PVO • A figura ao lado mostra a câmara de extinção de arco de um disjuntor PVO na posição “ligado”, sendo: • A figura ao lado mostra a câmara do mesmo disjuntor durante o processo de extinção de correntes de baixa intensidade; • Neste caso, o fluxo de óleo independe da corrente. Tal fluxo é produzido pelo movimento descendente da haste do contato móvel, que impulsiona o óleo para cima, agindo sobre a base do arco localizada junto à ponta do contato móvel. • A figura ao lado mostra a câmara do mesmo disjuntor durante o processo de interrupção de correntes elevadas; • Neste caso, quando o arco ultrapassa o furo que divide as câmaras superior e inferior, forma-se na câmara inferior uma bolha de gás que é pressionada pelo óleo para cima; • Como na câmara superior existe um volume de ar, o vapor de óleo se condensa e os gases escapam através das válvulas de expansão, sendo seu fluxo orientado para que atinja o arco por todos os lados com possante jato radial; • Este tipo de câmara, como visto anteriormente, é designado “câmara axial”. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS OUTRO TIPO DE CÂMARA DE EXTINÇÃO DO ARCO EM UM DISJUNTOR PVO • Outro tipo de câmara de extinção é conhecido como “câmara de jatoou sopro transversal”; • Neste caso, o óleo é também injetado transversalmente sobre o arco e forçado a sair pelas aberturas laterais da câmara. Detalhe do polo completo Detalhe da câmara 1. Válvula de escape de gases; 2. Câmara de expansão de gases; 3. Topo da câmara de extinção; 4. Terminal de conexão; 5. Câmara de extinção; 6. Papel isolante no interior do invólucro; 7. Parte inferior do contato fixo; 8. Selo do óleo; 9. Pistão injetor de óleo; 10. Contato móvel; 11. Válvula de dreno de óleo; 12. Mecanismo de operação. 13. Válvula de dreno de óleo; 14. Compartimento da câmara de extinção; 15. Suporte isolante. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS INTERRUPÇÃO DE GRANDES CORRENTES DE FALTA • Quando solicitadas a interromper grandes correntes de falta, dependendo das características do disjuntor e do circuito a ser chaveado, é necessário que se instale mais de uma câmara em série; • Além disto, é comum a existência de “câmaras de extinção auxiliares” (circuitos RC, p. ex.) que operam em sincronismo com as câmaras principais, funcionando como divisores de tensão com o objetivo de se obter um melhor poder na interrupção do arco. Câmara de Extinção Principal Câmara de Extinção Auxiliar PRINCIPAIS COMPONENTES DOS DISJUNTORES A PVO DE M.T. DETALHE DO TERMINAL DE PRESSÃO 4 2 1 5 3 1.Terminais de Pressão; 2.Câmaras de Extinção; 3.Caixa do Mecanismo de Comando; 4.Tomada dos Condutores de Controle e Comando; 5.Rodas para Extração do Equipamento. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS PRINCIPAIS COMPONENTES DOS DISJUNTORES A PVO DE A.T. 1. Caixa do mecanismo de comando – incluem as molas de abertura e fechamento pré-carregadas e demais componentes do comando do disjuntor; 2. Corpo isolante – constituído de um cilindro de porcelana (AT e EAT) e de fibra de vidro (MT). A câmara e os contatos se localizam em seu interior; 3. Terminais de corrente – entrada e saída das conexões; 4. Coluna de sustentação do conjunto “corpo isolante”; 5. Base suporte – estrutura em perfis de aço zincado. 1 2 3 5 4 ALGUMAS FORMAS CONSTRUTIVAS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS VANTAGENS 1. A produção de hidrogênio durante o processo de extinção do arco auxilia na sua interrupção; 2. O óleo permite a isolação dos contatos abertos e após a extinção do arco; 3. O óleo é meio isolante entre as partes vivas e o potencial de terra do invólucro; 4. Particularmente, no disjuntor a PVO: � Peso e dimensões reduzidas; � Custo razoável; � Construção simples; � Comando com pequena energia de armazenamento; � Suporta sobretensões (p.ex.: em manobras de bancos de capacitores); � É construído segundo as mais variadas versões (fixo, móvel etc.). DESVANTAGENS 1. Necessitam manutenção com certa frequência; 2. O óleo é inflamável e pode causar acidentes. Se o disjuntor falhar durante a interrupção, o mesmo pode até explodir; 3. O hidrogênio formado durante o processo de extinção do arco, quando combinado com o ar, pode formar uma mistura explosiva; 4. Durante o arco, o óleo decomposto se torna poluído pelas partículas carbonizadas, as quais reduzem seu poder dielétrico. Isto requer ensaios, tratamento e, em alguns casos, a substituição do óleo; 5. A tecnologia do PVO perdeu espaço nos últimos anos para o vácuo e o SF6. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS C. DISJUNTORES A VÁCUO Conceito: Disjuntor cujos contatos principais operam em um vácuo especificado. CONSIDERAÇÕES SOBRE A EXTINÇÃO DO ARCO ELÉTRICO NO VÁCUO Esta expressão pode, à primeira vista, parecer contraditória uma vez que a existência de um arco elétrico pressupõe a presença de íons positivos e elétrons os quais, por assim dizer, servem de veículo para o referido arco. No vácuo não existe, a princípio, a possibilidade de se encontrar estas partículas. Nos disjuntores a vácuo, no entanto, os íons positivos e elétrons surgem a partir de uma nuvem de partículas metálicas em forma de plasma proveniente da evaporação dos contatos, criando um meio para a existência do arco. Após a interrupção da corrente, estas partículas tornam a se depositar rapidamente na superfície dos contatos, fazendo com que a rigidez dielétrica entre os mesmos seja recuperada. Esta recuperação da rigidez dielétrica se processa de forma muito rápida nos disjuntores a vácuo, o que lhes permitem altas capacidades de ruptura com câmaras de interrupção de dimensões relativamente reduzidas. MOVIMENTAÇÃO DO ARCO ELÉTRICO NOS DISJUNTORES A VÁCUO Arco Elétrico Difuso É o tipo de arco que surge quando são interrompidos pequenos valores de corrente (aproximadamente até 10kA). Arco Elétrico Contraído A partir de 10kA, o arco se contrai e é possível localizar um foco de emissão iônica de alguns “mm” sobre os contatos. Arco Elétrico em Contração Estágio intermediário CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS A EXTINÇÃO DO ARCO ELÉTRICO NOS DISJUNTORES A VÁCUO • Quando os contatos fixo e móvel se separam, uma descarga em forma de um plasma de vapor metálico é estabelecida pela corrente a ser interrompida, a qual flui através deste plasma até a próxima passagem por zero; • O arco então se extingue e o vapor metálico condutivo se condensa sobre as superfícies metálicas em poucos micro-segundos, restabelecendo rapidamente a rigidez elétrica entre os contatos; • Os contatos são projetados de tal modo que o campo magnético gerado pelo próprio arco provoque uma rotação do mesmo, evitando o sobreaquecimento excessivo em um determinado ponto do contato quando eles estiverem interrompendo correntes elevadas. • Para que a descarga em forma de vapor metálico seja mantida, é necessária uma determinada corrente mínima (correntes que não atingirem este nível serão cortadas antes da passagem pelo zero); • Por outro lado, a corrente de corte deve ser limitada aos valores mínimos possíveis, de modo a se evitar sobretensões inadmissíveis ao se abrirem cargas indutivas; • A rapidez no restabelecimento da rigidez dielétrica entre os contatos possibilita uma extinção segura do arco, mesmo quando a separação dos mesmos ocorre imediatamente antes da passagem da corrente pelo zero do ciclo; • O arco que se forma nos disjuntores a vácuo não é resfriado. O plasma de vapor metálico é altamente condutivo, daí resultando a chamada “tensão de arco”, de valor muito baixo (entre 20 e 200V). Por este motivo, e devido à pequena duração do arco, a energia dissipada na região da extinção é muito pequena. Isso explica a elevada expectativa de vida elétrica dos contatos nos disjuntores a vácuo. • Em consequência do alto vácuo (cerca 10-8 Torr) as câmaras de extinção, distâncias de 6 e 20 mm entre os contatos são suficientes para se obter umaelevada rigidez dielétrica. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS ASPECTOS CONSTRUTIVOS DE UMA CÂMARA DE EXTINÇÃO A VÁCUO CORRENTE E TENSÃO EM UMA FASE DURANTE A INTERRUPÇÃO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS PRINCIPAIS COMPONENTES 1 4 2 3 5 1. Suporte Isolante 2. Câmara de Extinção; 3. Terminais de Corrente; 4. Alavanca de Remoção do Disjuntor; 5. Caixa do mecanismo de comando. Detalhe dos contatos na câmara de extinção Vista Traseira do Disjuntor Vista da Caixa do Mecanismo de Comando VANTAGENS 1. Grande segurança na operação, uma vez que não necessitam de suprimento de gases ou líquidos (a exemplo de outras tecnologias de interrupção) e não emitem chamas ou gases; 2. Praticamente não requerem manutenção, possuindo uma vida útil extremamente longa em termos de número de operações a plena carga e em curto-circuito; CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 3. A relação capacidade de ruptura / volume é grande, o que os torna bastante apropriados para o uso no interior de painéis; 4. Devido a ausência de meio extintor gasoso ou líquido, permitem religamentos automáticos múltiplos; 5. Possuem peso e dimensões reduzidas. DESVANTAGENS 1. Seu limite de tensão econômico situa-se até a classe de distribuição; 2. Custo elevado; 3. Difícil controle do vácuo; 4. Tendência a provocar sobretensões. D. DISJUNTORES A AR COMPRIMIDO Conceito: Disjuntor cujos contatos principais operam sob um jato de ar comprimido. CONSIDERAÇÕES SOBRE A TÉCNICA DE EXTINÇÃO NO AR COMPRIMIDO O princípio de extinção, em si, é bastante simples, ou seja, consiste em se criar um fluxo de ar sob pressão adequada na direção do arco, descarregando-o após a extinção para a atmosfera. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • A atuação do disjuntor é feita a partir de um mecanismo pneumático, o qual deve exercer simultaneamente duas funções: a) Efetuar a propulsão mecânica da abertura e fechamento dos contatos principais e b) Efetuar a extinção do arco elétrico quando da passagem da corrente pelo zero do ciclo. Para tal, deve ser fornecido ao processo ar à pressão e nas quantidades necessárias. Praticamente todos os disjuntores a ar comprimido utilizam o chamado “sopro axial” onde o ar é “esticado” e “soprado” axialmente em relação aos bocais e contatos. Existem, na prática, dois sistemas de sopro de ar comprimido. São eles: a) Sopro unidirecional (“monoblast”): Neste sistema, um dos contatos é oco, o que permite a saída de ar após a extinção do arco em um caminho único. a) Sopro bidirecional (“dualblast”): Neste sistema, ambos os contatos são ocos, o que permite a saída de ar em duas direções após a extinção do arco. R = Suprimento de ar comprimido; E = válvula de escape (jusante); B = válvula de sopro (montante) CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS PRINCIPAIS COMPONENTES DO CONJUNTO Vista Lateral Vista Frontal 1 2 3 3 45 6 7 Vista Lateral Vista Frontal 1 2 3 3 45 6 7 1. Reservatório de ar comprimido; 2. Coluna suporte de isoladores; 3. Terminais de conexão (entrada e saída da corrente elétrica); 4. Câmara de extinção principal; 5. Câmara de extinção auxiliar; 6. Caixa do mecanismo de operação pneumática; 7. Tubulação pneumática. PRINCIPAIS COMPONENTES DAS CÂMARAS DE EXTINÇÃO Contatos Auxiliares Terminal de Conexão Terminal de Conexão Resistores Ar comprimido fornecido pelo reservatório Contato Fixo Contato Móvel Mola Pistão Câmara Auxiliar Câmara Principal Coluna suporte isolante CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS DETALHE DOS CONTATOS PRINCIPAIS CONTATOS PRINCIPAIS DURANTE A OPERAÇÃO Contatos de Arco Contato Fixo Contatos Principais Contato Móvel O SUPRIMENTO DE AR COMPRIMIDO • Como foi visto, cada disjuntor, individualmente, incorpora seu reservatório de ar comprimido, o qual será utilizado no momento da operação (abertura ou fechamento); • Considerando que, após a operação do disjuntor, o volume / pressão do ar comprimido no reservatório individual se tornam reduzidos, é necessário que se faça sua imediata reposição. • A solução consiste em se instalar uma central de ar comprimido composta de compressores, desumidificadores, tubulações pneumáticas, manômetros, filtros, etc., destinados a repor de imediato o volume / pressão nos reservatórios individuais dos disjuntores que tenham operado. • Observa-se que, mesmo tendo sido instalado um único disjuntor, a central de ar comprimido (neste caso para um atendimento individual) é obrigatória. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS VISTAS DE INSTALAÇÕES DE DISJUNTORES A AR COMPRIMIDO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS VANTAGENS 1. Podem ser usados em toda a gama de tensões (encontram sua grande aplicação nas altas e exta-altas tensões, ou seja, a partir de 245kV); 2. Rapidez na operação (abertura e fechamento); 3. Excelentes propriedades extintoras e isolantes do ar comprimido; 4. Interrompem expressivos valores de correntes (da ordem de até 80kA); 5. Operação segurança, uma vez que o meio extintor não é inflamável; 6. Disponibilidade total do meio extintor (ar atmosférico); 7. Mobilidade do meio extintor, que também funciona como energia de acionamento; 8. A capacidade de interrupção pode ser ajustada, variando-se a pressão operativa. DESVANTAGENS 1. Somente são economicamente viáveis no caso da existência de um grande número de unidades uma vez que, além da instalação do equipamento em si, requerem ainda a instalação de uma central de ar comprimido; 2. Alto custo do sistema de geração do ar comprimido (central de operação); 3. A distribuição do ar comprimido desde a central até os disjuntores requer uma instalação cuja manutenção é dispendiosa e permanente; 4. Em locais junto ou próximos a áreas residenciais (onde normalmente existe a limitação do nível de ruído), sua instalação é problemática pois requer silenciadores. E. DISJUNTORES A GÁS SF6 Conceito: Disjuntor cujos contatos principais operam em hexafluoreto de enxofre (SF6). CONSIDERAÇÕES SOBRE A EXTINÇÃO DO ARCO ELÉTRICO NO GÁS SF6 • Nas últimas décadas, as vantagens técnicas e econômicas dos equipamentos isolados a gás SF6 em relação ao óleo isolante mineral e ao ar comprimido no domínio das altas tensões tornaram-se bem claras, podendo mesmo a se afirmar que, neste momento, o SF6 domina o mercado deste tipo de equipamento; CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICADE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS • Como meio de extinção do arco, suas boas propriedades estão vinculadas à velocidade com a qual a condutibilidade diminui quando a temperatura do plasma se reduz e a rapidez em readquirir sua rigidez dielétrica; PROPRIEDADES FÍSICAS • O SF6 possui uma série de propriedades física e químicas que o torna um meio isolante e extintor por excelência. Senão vejamos: � Incombustível (não inflamável); � Não-tóxico, incolor e inodoro; � Inerte até cerca de 5.000 ºC (comporta-se como um gás nobre); � Isento de umidade por toda vida útil do equipamento (por garantia, incorpora filtros desumidificadores); � Peso específico de 6,14 g/l; � 5 vezes mais pesado em relação ao ar atmosférico; � Calor específico 3,7 (permite dissipar rapidamente o calor produzido pelo arco elétrico); � Rigidez dielétrica à pressão atmosférica cerca de 2,5 vezes a do ar. TÉCNICAS DE INTERRUPÇÃO INTERRUPÇÃO DO ARCO NO SF6 AUTOEXPANSÃO ARCOROTATIVO AUTOCOMPRESSÃO (AUTOPNEUMÁTICO) SISTEMA MISTO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS AUTOCOMPRESSÃO (AUTOPNEUMÁTICO) AUTOEXPANSÃO Consiste na extinção do arco por sopro axial forçado de SF6. Isso ocorre a partir da ação de um pistão que comprime o gás, forçando a haste móvel na direção do contato fixo (e, consequentemente, do arco), fazendo-o fluir e provocando a interrupção da corrente. Baseia-se no princípio da expansão térmica, na qual a própria energia térmica produzida pelo arco aquece um determinado volume de SF6, criando uma sobrepressão a qual, expandida, provoca o sopro necessário à extinção do arco. Nesta técnica, o resfriamento do arco é obtido pela sua rotação no meio do SF6. Tal rotação se consegue pela ação de um campo magnético gerado pela própria corrente a ser interrompida, agindo sobre uma bobina que é inserida num circuito de corrente quando da abertura do disjuntor. A força eletromotriz (cuja intensidade é proporcional à corrente) provoca a rotação do arco e seu alongamento no SF6, resfriando-o e extinguindo-o. Consiste na associação das tecnologias da autocompressão e do arco rotativo, resultando em uma interrupção eficaz de vários níveis de corrente de falta. ARCO ROTATIVO SISTEMA MISTO A INTERRUPÇÃO DO ARCO EM 4 ESTÁGIOS – AUTOCOMPRESSÃO E CORTE SIMPLES DISJUNTOR FECHADO INÍCIO DA ABERTURA EXTINÇÃO DO ARCO DISJUNTOR ABERTO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS DESCRIÇÃO OPERACIONAL DA INTERRUPÇÃO DO ARCO NA TÉCNICA DO SF6 PRINCIPAIS COMPONENTES – CÂMARA DE EXTINÇÃO SIMPLES CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS PRINCIPAIS COMPONENTES – CÂMARA DE EXTINÇÃO DUPLA CONTATOS PRINCIPAIS Contatos de Arco Contato Fixo Contatos Principais Contato Móvel CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS VISUALIZAÇÃO INTERNA DA CÂMARA DE EXTINÇÃO CÂMARA DE EXTINÇÃO DO ARCO – CORTE DUPLO 1. Câmara de extinção principal; 2. Capacitor de equalização; 3. Cabeçote de distribuição; 4. Reservatório de SF6 em alta pressão; 5. Válvula de sopro; 6. Mola de abertura; 7. Haste isolante. Corte simétrico nas duas direções CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS ENSAIO EM UM DISJUNTOR SF6 VANTAGENS Algumas considerações: Os disjuntores a SF6 representam, sem dúvida, a tendência mais atual para interrupção do arco elétrico nos sistemas de alta e extra alta tensões. A comprovação mais evidente disso, está no fato de que todos os fabricantes de disjuntores de alta tensão, incluíram na sua linha de produtos os disjuntores a gás SF6. Podemos enumerar como vantagens no uso do gás SF6 nos disjuntores: 1. Vida elétrica elevada; 2. Fácil inspeção; 3. Ausência de sobretensões durante as manobras para qualquer valor de corrente; 4. Corrente nominal, capacidade de interrupção e capacidade de fechamento elevadas; 5. Utilizados em instalações no interior de painéis na média tensão; CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 6. Não produz substâncias carboníferas; 7. Consumo de gás é relativamente pequeno; 8. Tensões nominais elevadas; 9. Custo médio; 10. Bom comportamento frente às sobretensões. DESVANTAGENS Podemos enumerar como desvantagens o uso do disjuntores a gás SF6: 1. No caso de vazamento, faz-se necessário o uso de proteção (sensores de gás), uma vez que o gás é inodoro e invisível; 2. Peso e tamanho relativamente grandes especialmente para as tensões mais elevadas; 3. Custo de manutenção elevado; 4. Necessita de mão de obra especializada para substituição / monitoramento do gás. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS MECANISMOS DE OPERAÇÃO DOS DISJUNTORES EM GERAL • Para as operações de abertura e fechamento dos disjuntores, a tecnologia mais utilizada é a das molas pré-carregadas; • Utilizam-se dois conjunto de molas instaladas na caixa do mecanismo de operação, sendo um para a abertura do disjuntor e outro para o fechamento; • A seguir estão apresentados os esquemas de operação das molas de abertura e fechamento no sistema de comando dos disjuntores: P/ fases B e C P/ fases B e C Mola de abertura Mola de fechamento Disjuntor aberto Disjuntor fechado P/ fase A P/ fase A CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS Ø A Ø B Ø C • As molas operam armazenando uma energia mecânica quando na sua posição “estendida” ou “comprimida”, o que é conseguido usualmente através de um motor elétrico específico, também instalado na caixa do mecanismo ou pelo carregamento manual, utlizando-se uma manivela; • Em alguns casos, são também utilizados outros recursos para o carregamento das molas, a exemplo do sistema eletro-pneumático, onde um pistão aciona as molas impulsionado por um compressor de ar comprimido ou de um sistema hidráulico, operando através de pressostatos, moto-bombas e eletroválvulas; • Tais molas são, portanto, mantidas na posição estendida (ou comprimida) e travadas através de chaves fins-de-curso estrategicamente localizadas, chaves essas operadas via bobinas eletromagnéticas (solenóides) que as destrava. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS DISJUNTORES A GÁS SF6 IDENTIFICAÇÃO DOS PRINCIPAIS COMPONENTES OPERACIONAIS Os itens 15 a 23 referem-se à carga de molas de abertura e fechamento. CAIXA DO MECANISMO DE OPERAÇÃO Cada disjuntor operando no SEP requer uma caixa de comando e controle. No seu interior, usualmente estão instalados os seguintes componentes principais: � Molas de abertura efechamento; � Bobinas de abertura e fechamento; � Botoeiras liga e desliga; � Relé anti-bombeamento � Chaves fim-de-curso das molas; � Iluminação e tomadas de corrente; � Fiação interna completa até a régua de bornes; � Contatos auxiliares e réguas de bornes terminais; � Sistema auxiliar de aquecimento via termostato; CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS � Chaves de transferência local-remoto; � Sistema manual e motorizado de carga de molas. CAIXA DO MECANISMO DE OPERAÇÃO 1 4 6 1. Mola de Abertura; 2. Mola de Fechamento; 3. Bobina de Abertura; 4. Bobina de Fechamento; 5. Botoeira de Fechamento; 6. Indicador de Posição; 7. Sistema Hidráulico; 8. Contador de Operações; 9. Botoeira de Abertura; 10. Contatos Auxiliares; 11. Motor; 12. Carregamento Manual; 13. Chave Local Remoto; 2 Vista traseira Vista frontal 3 5 7 8 9 10 11 12 13 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS TOPOLOGIA DA OPERAÇÃO DOS DISJUNTORES ABERTURA / FECHAMENTO INTENCIONAL (MANUAL) ABERTURA EM CONDIÇÕES DE DEFEITO (PROTEÇÃO) ESQUEMA TÍPICO DE COMANDO DOS DISJUNTORES CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS ALGUNS FABRICANTES NO BRASIL � AREVA; � ABB; � SIEMENS; � SCHNEIDER ELECTRIC BRASIL; � TRAFO; � CAMARGO CORRÊA NORMALIZAÇÃO � ABNT NBR 7118 � ABNT NBR 6936 � ABNT NBR 5456 – Terminologia � ABNT NBR 5459 � IEC – Publ. 71 � IEC56-2 � ANSI C.37
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