Disjuntores AT

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Materiais e Equipamentos elétricos
Brenner Keneson Simione 
Vital Silva Lemos Morais
Leonardo Siqueira Chaves
Wesley Moura Paulino
Marco Tulio Bragança Silva
Fabio Paulo Ferreira
Tema: Disjuntores para alta tensão
Brenner
Materiais e Equipamentos elétricos
Introdução
O disjuntor alta tensão é um dispositivo mecânico de manobra, utilizado em subestações de energia de 15 à 800kv, sendo responsável por estabelecer, conduzir e interromper correntes elétricas em um circuito de energia, em casos de anormalidade. 
Funciona através do princípio de interrupção do arco voltaico (também chamado de arco elétrico), por meio da abertura de polos. Após a interrupção de segurança, o disjuntor alta tensão isola-se para resistir às tensões do sistema.
Brenner
Materiais e Equipamentos elétricos
Descrição
Além dos modelos com diferentes classes de tensão, o disjuntor alta tensão está disponível em modelos especiais para sistemas: 
Grande volume de óleo,
Pequeno volume de óleo, 
Ar comprimido, 
Vácuo 
Gás (Hexafluoreto de Enxofre).
Destaca-se que o disjuntor alta tensão tem como características principais:
A capacidade de ruptura e de fechamento;
A capacidade de suporte térmico;
A facilidade de montagem e manutenção.
Brenner
Materiais e Equipamentos elétricos
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.
Em Média Tensão, normalmente as três fases estão imersas em um único recipiente que contém de 50 a 100 litros de óleo isolante. No caso de Alta Tensão, o
encapsulamento é monofásico e cada tanque contém acima de 2.000 litros de óleo isolante.
Descrição
Disjuntor GVO
(Grande volume de óleo)
Brenner
Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Disjuntor GVO
(Grande volume de óleo)
Fonte: Disjuntores de manobra Abramam
Brenner
Brenner
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Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Disjuntor GVO
(Grande volume de óleo)
Fonte: Disjuntores de manobra Abramam
Brenner
Materiais e Equipamentos elétricos
Os disjuntores GVO possuem câmaras de extinção dentro de grandes reservatórios de óleo, aterrado, onde ser força o fluxo desse isolante sobre o arco. Nesse tipo de disjuntor existem TCs montados na própria bucha.
São usados em média e alta tensões, limitadas a 230kV
Sua principal característica é a grande capacidade de ruptura, facilitada pelo processo de extinção do arco elétrico. Existem disjuntores de 63kA aplicados em 230kV e 138kV onde se requer capacidade de ruptura dessa ordem.
São inapropriados para interrupção de correntes de baixa amplitude, pois nessa condição o arco elétrico dissipa baixa potência que pode ser insuficiente para desencadear a dissociação do óleo em gases nos níveis necessários à sua extinção.
O desempenho desse tipo de disjuntor por manobras capacitivas em cabos e linhas à vazio e bancos de capacitores está limitado a 65kV por câmara para uma operação livre de reacendimento, o que torna necessário várias câmaras em série. https://saturno.unifei.edu.br/bim/0030105.pdf
Características Elétricas
Disjuntor GVO
(Grande volume de óleo)
Brenner
Materiais e Equipamentos elétricos
O disjuntor a pequeno volume de óleo (PVO) é uma evolução do GVO, pois possui uma câmara de extinção com um fluxo orientado para que atinja o arco elétrico por todos os lados, sem provocar alongamentos.
Devido a sua construção, os disjuntores PVO possuem uma eficiência no processo de interrupção da corrente maior e seu volume de óleo, consideravelmente, menor.
Quando utilizado em Média Tensão, contém em média, de 2 a 5 litros de óleo isolante por pólo. Para Alta Tensão, contém em média, de 50 a 100 litros de óleo isolante por pólo.
Descrição
Disjuntor PVO
(Pequeno volume de óleo)
Vital
Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Disjuntor PVO
(Pequeno volume de óleo)
Fonte: Disjuntores de manobra Abramam
Vital
Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Disjuntor PVO
(Pequeno volume de óleo)
Vital
Materiais e Equipamentos elétricos
Características Elétricas
Na abertura, o contato móvel (49), é deslocado para baixo, sendo que o arco que se estabelece, quando os contatos se separam, é extinto pela ação combinada de dois fluxos de óleo, um dependente e o outro independente da corrente. A sequência de extinção é ilustrada na figura acima.
Devido ao momento de abertura do contato móvel, parte do meio de extinção é expulso da carcaça inferior (37), fluindo por dentro da haste oca do contato móvel (49) e através do bocal injetor múltiplo atinge diretamente o arco. (Fig. b).
Pequenas correntes indutivas são interrompidas com segurança e correntes capacitivas desligadas sem reacendimento. 
Na interrupção de correntes de curto-circuito, o fluxo de óleo independente da corrente, não é suficiente para extinguir o arco. Através do movimento descendente do contato móvel (49), o arco se prolonga até atingir a parte inferior da base da câmara (41).
Fonte: Disjuntores de manobra Abramam
Vital
Materiais e Equipamentos elétricos
Características Elétricas
(fig. c) Enquanto que os gases formados no compartimento superior da câmara (35), se dirigem para cima atravessando o contato fixo (31), forma-se no compartimento inferior da câmara (45), uma bolha de gás de alta pressão.
Uma vez que a ponta de material isolante do contato móvel obstrui o furo da base da câmara (41), a bolha pode se expandir somente para baixo. Com isso, o óleo que aí se encontra, flui através do canal anelar (39), indo atingir o arco por todos os lados.
Este é intensamente resfriado através desse potente jato de óleo quase radial e extingue-se então na passagem seguinte da corrente pelo ponto zero.
Devido à injeção do óleo frio, a rigidez dielétrica da distância de abertura é restabelecida muito rapidamente, evitando seguramente a reignição.
Fonte: Disjuntores de manobra Abramam
Vital
Materiais e Equipamentos elétricos
A extinção do arco nos disjuntores é efetuada a partir da admissão de ar comprimido nas câmaras. Nesse tipo de disjuntor o mecanismo eletropneumático proporciona a operação mecânica do disjuntor pela abertura e fechamento dos contatos e também a extinção do arco. 
O princípio de extinção consistem em criar um fluxo de ar sobre o arco através de um diferencial de pressão, descarregando o ar para atmosfera após a extinção.
Os atuais projetos utilizam sistema de sopro axial, em que o arco é distendido e soprado axialmente em relação aos bocais e contatos. 
O sopro de ar pode ser ainda em uma única direção ou bidirecional.
O sistema de pressurização das câmaras podem ser:
Pressurização durante a interrupção.
Pressurização durante a interrupção e na posição contatos abertos.
Pressurização permanente.
Descrição
Disjuntor Ar Comprimido
Leonardo
Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Disjuntor a 
Ar comprimido
Fonte: universoeletrico.wordpress.com
Leonardo
Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Fonte: ALVES Fernando Rodrigues
Leonardo
Disjuntor a 
Ar comprimido
Materiais e Equipamentos elétricos
Operação a alta tensão: até 765 kV;
Alta capacidade de interrupção: até 80 kA;
O jato de gás resfria o arco e sopra os gases quentes para fora da área de contato. Assim, a extinção do arco independe da corrente a ser interrompida.
Foram projetados incialmente para substituir os disjuntores a óleo aplicados em alta tensão devido sua elevada capacidade de condução e interrupção de correntes em sistemas de 400kV, 500kV e 800kV, já no final da década de 60.
Características Elétricas
Leonardo
Disjuntor a 
Ar comprimido
Materiais e Equipamentos elétricos
O uso do disjuntor a vácuo, câmaras de interrupção a vácuo, está muito presente nas tensões até 69kV. Para estes disjuntores o arco que se forma entre os contatos é bastante diferente dos arcos em outros tipos de disjuntores, sendo basicamente mantido por íons de material metálico vaporizado proveniente dos contatos (cátodo). 
A intensidade da formação desses vapores metálicos é diretamente proporcional a intensidade da corrente, consequentemente, o plasma diminui quando esta corrente decresce e se aproxima do zero. Atingindo o zero da corrente, o espaço entre os contatos é rapidamente desionizado pela condensação dos vapores metálicos sobre os eletrodos. A ausência de íons após a interrupção dá aos disjuntores a vácuo características quase ideais de suportabilidade dielétrica.
Apesar de suas vantagens, o desenvolvimento dos disjuntores a vácuo para uso em tensões acima de 69kV permanece na dependência de avanços tecnológicos que permitam compatibilizar, em termos econômicos, o aumento das tensões e correntes nominais das câmaras a vácuo e a redução dos seus volumes e pesos 
Descrição
Disjuntor a Vácuo
Wesley
Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Disjuntor a Vácuo
Fonte: Disjuntores de manobra Abramam
Disjuntor tipo VGA Toshiba
Wesley
Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Disjuntor a Vácuo
Fonte: Disjuntores de manobra Abramam
Wesley
Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Disjuntor a Vácuo
Fonte: Disjuntores de manobra Abramam
Wesley
Materiais e Equipamentos elétricos
O disjuntor a vácuo representa a tendência mais moderna na área de Média Tensão até 38KV.
Grande segurança de operação, pois, não necessitam de suprimento de gases ou líquidos e não emitem chamas ou gases;
Não requerem manutenção nas ampolas, possuindo uma vida extremamente longa em termos de número de operações à plena carga e em curto-circuito;
Devido ao pequeno curso dos contatos, requerem pouca energia mecânica para operá-los tendo, consequentemente, acionamentos mais leves, duráveis e de operação mais silenciosa;
A relação capacidade de ruptura/volume, é bastante grande, tornando 
 esses disjuntores, adequados para o uso em cubículos;
Características Elétricas
Disjuntor a Vácuo
Wesley
Materiais e Equipamentos elétricos
Os primeiros disjuntores a hexafluoreto de enxofre (SF6), foram do tipo “dupla pressão”, com o processo de extinção do arco voltaico baseado no princípio de funcionamento dos disjuntores a ar comprimido. 
O gás SF6 é armazenado num recipiente de alta pressão, cerca de 16 bar, e liberado sobre a região entre os contatos de forma sincronizada com a manobra de abertura. A principal diferença com relação aos disjuntores a ar comprimido consiste no fato do SF6 não ser descarregado para a atmosfera após atravessar as câmaras de interrupção, e sim para um tanque que o mantém a baixa pressão (aproximadamente 3 bar).
Assim o gás a alta pressão é utilizado para interrupção do arco voltaico, já o SF6 a baixa pressão mantém o isolamento entre as partes energizadas e a terra. Após a interrupção, o gás descarregado no tanque de baixa pressão é bombeado novamente para o reservatório de alta pressão, passando por filtros de alumina ativada para remoção de produtos da decomposição do gás.
Descrição
Disjuntor a Gás (Hexafluoreto de Enxofre)
Marco Túlio
Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Disjuntor a Gás (Hexafluoreto de Enxofre)
Disjuntor tipo VGA Toshiba
Fonte: Disjuntores de manobra Abramam
Marco Túlio
Materiais e Equipamentos elétricos
Características construtivas
Disjuntor a Gás (Hexafluoreto de Enxofre)
Fonte: Disjuntores de manobra Abramam
Marco Túlio
Materiais e Equipamentos elétricos
Características Elétricas
Disjuntor a Gás (Hexafluoreto de Enxofre)
Para disjuntores com tensões nominais de 420kV e acima, é de extrema importância observar-se tempos de interrupção bastante curtos para grandes correntes de curto-circuito, tendo em vista a necessidade de estabilidade da rede e carga dos geradores, que estão alimentando a falta.
Para isto, os disjuntores de dois ciclos são imprescindíveis, ou seja disjuntores que manobram em apenas 2 ciclos – cerca de 33 milisegundos a 60 Hz.
Superadas as dificuldades iniciais e considerando a sua simplicidade operacional, as aplicações para extra alta tensão, acima de 420 kV, tornaram- se uma tendência clara de uso de disjuntores a SF6 sobre os disjuntores a ar comprimido.
Marco Túlio
Materiais e Equipamentos elétricos
“Um disjuntor em condições corretas de manutenção e ajustes deve suportar todas as solicitações que ocorrem em serviço, desde que as suas características nominais não sejam excedidas.” NBR 7118 (ASSOCIAÇÃO..., 1994, p.7). A seguir pode-se verificar algumas das características nominais estabelecidas pela norma.
Características nominais
Atividade de projeto do sistema utilizado
Fábio
Materiais e Equipamentos elétricos
Características nominais
Fonte: NBR 7118
Fábio
Materiais e Equipamentos elétricos
Características nominais
Fábio
Materiais e Equipamentos elétricos
Condições de funcionamento
Para especificar um disjuntor é preciso ter definidas as características elétricas e de serviço em que o equipamento irá operar. A norma NBR 7118 (ASSOCIAÇÃO... 1994, p.6) define as condições de serviço do disjuntor. 
Fábio
Materiais e Equipamentos elétricos
Dimensionamento disjuntores Usina São Salvador
Fonte: Especificação de disjuntores de 
alta tensão com base na superação
por curto-circuito e tensão de
restabelecimento transitória - UTFPR
Fábio