DISJUNTORES disjuntores São dispositivos automáticos para proteção contra sobrecorrentes, podendo estabelecer, conduzir e interromper correntes sob condições normais, bem como anormais por um tempo especificado, sob condições determinadas. O disjuntor é basicamente uma chave elétrica, constituida de contatos e dispositivos mecânicos, formada por molas e alavancas, ficando a proteção sob responsabilidade de relés e disparadores. A definição exata do termo disjuntor pode ser encontrada, entre outras, nas normas VDE 670 parte 1, na publicação 56 da IEC e na norma NBR 7118 da ABNT, baseada na IEC. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 1 11/12/2006, 10:37 disjuntores DISJUNTORES Classificação dos disjuntores Podemos classificar os disjuntores em função de sua tensão de trabalho, tipo de execução, mecanismo de operação e em relação ao princípio de extinção do arco elétrico. Tensão nominal A norma NBR 7118, classifica disjuntores com tensão nominal - até 1.000 Volts = Baixa Tensão - acima de 1.000 Volts = Alta Tensão Antigamente existiam outras faixas de classificação para tensão nominal, as quais são utilizadas até hoje por facilitarem a identificação de equipamentos que atualmente estão generalizados como Alta Tensão. - até 1.000 Volts = Baixa Tensão - de 1.000V até 38KV = Média Tensão - de 38KV até 138KV = Alta Tensão Tipo de execução Os disjuntores podem ser de execução fixa ou extraível. Os disjuntores fixos têm os terminais de entrada e saída fixados com parafusos diretamente aos barrammentos do painel. Os disjuntores extraíveis são inseridos em celas ou gavetas, e estas são fixadas aos barramentos. A cela possui buchas de passagem para os contatos de conexão e o disjuntor é dotado de pinças (garras) que se acoplam aos contatos de conexão da cela quando inserido. A decisão sobre qual tipo de execução o disjuntor deverá ter, levará em conta não apenas seu custo, mas, sua aplicabilidade, o tipo de programa de manutenção a ser adotado e sua periodicidade e, até mesmo, a seletividade do circuito. Mecanismo de operação Podemos definir mecanismo de operação como sendo um subconjunto que possibilita o armazenamento da energia necessária à operação mecânica do disjuntor, bem como a liberação desta energia através de mecanismos apropriados, quando do comando de abertura ou fechamento do mesmo. Dentro de cada categoria, conforme veremos a seguir, existe uma variação imensa 14 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 2 11/12/2006, 10:37 disjuntores Mecanismo de operação com fechamento e abertura a molas Neste tipo de acionamento, a energia para o fechamento é acumulada em uma mola, que pode ser carregada manualmente ou através de um motor. Quando o mecanismo de disparo é acionado, a mola é destravada, acionando os contatos do disjuntor fechando-o, acontecendo nesta operação o carregamento simultâneo da mola de abertura. Cada fabricante tem o seu próprio arranjo para esse tipo de acionamento, porém, o que acabamos de descrever é o princípio de funcionamento comum a todos eles. A grande maioria dos disjuntores de baixa e média tensão, utilizam estes modelos de mecanismo de operação. DISJUNTORES de detalhes construtivos, característicos de cada fabricante, que não poderíamos explicar no pequeno espaço deste item. Nossa preocupação, portanto, é deter-nos nas categorias principais, seu princípio de funcionamento e suas aplicações, dando alguns exemplos representativos. Mecanismo do disjuntor tipo DS - Fabricação Westinghouse 5 3 1 2 8 4 6 7 8 4 10 9 1 - Botão de abertura 2 - Bobina de abertura 3 - Botão de fechamento 4 - Bandeirola de indicação mola carregada/descarregada 5 - Haste de carregamento de mola manual 6 - Motor de carregamento de mola 7 - Bobina de fechamento 8 - Bandeirola de indicação Ligado/Desligado 9 - Engrenagem de carregamento de mola 10 - Mola de fechamento DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 3 11/12/2006, 10:37 15 disjuntores DISJUNTORES Mecanismo do disjuntor tipo 3AC - Fabricação Siemens 1 2 3 9 4 10 11 5 12 6 13 14 7 8 1 - Contador de operações 2 - Fim de curso - Mola carregada 3 - Mola de abertura 4 - Botão de fechamento 5 - Botão de abertura 6 - Bandeirola de indicação Ligado/Desligado 7 - Bandeirola de indicação Mola Carregada/Descarregada 8 - Placa de identificação 9 - Motor de carregamento da mola de fechamento 10 - Mola de fechamento 11 - Contatos auxiliares 12 - Local para inserção de alavanca de carregamento manual 13 - Engrenagem de carregamento 14 - Came de acionamento Mecanismo do disjuntor tipo DR - Fabricação Sace 1 6 7 2 3 4 5 16 8 1 - Botão de abertura 2 - Conjunto contatos secundários 3 - Bandeirola de indicação Ligado/Desligado 4 - Motor para carregamento de molas 5 - Botão de fechamento 6 - Contador de operações 7 - Bandeirola de indicação Mola Carregada/Descarregada 8 - Fim de curso - Mola carregada DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 4 11/12/2006, 10:38 disjuntores Neste tipo de acionamento, a energia necessária à operação do disjuntor é armazenada em recipientes de ar comprimido e liberada através de disparadores atuando sobre válvulas, que acionam os mecanismos dos contatos via êmbolos solidários ou através de conexões pneumáticas. Simultâneo ao acionamento dos contatos, ocorre o tensionamento das molas de abertura e, como no mecanismo de operação a solenóide, ficam sustentados por uma trava mecânica. Este tipo de mecanismo é mais utilizado em disjuntores de alta tensão. DISJUNTORES Mecanismo de operação com fechamento a ar comprimido e abertura a molas Mecanismo de operação com fechamento a bobina solenóide e abertura a molas Neste sistema, uma bobina solenóide, que na maioria dos tipos de acionamento é usada somente para disparo, é utilizada diretamente para acionar os contatos na operação de fechamento e também para carregar a mola de abertura; aliás, este é um princípio comum a todos os acionamentos, pois, o disjuntor na posição fechado deverá estar sempre com energia armazenada para a operação de abertura, que fica sustentada por uma trava mecânica. O mecanismo de operação com acionamento a solenóide é encontrado normalmente em disjuntores de média tensão. Mecanismo do disjuntor tipo VGA - Fabricação Toshiba 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 - Conjunto de contatos secundários 2 - Êmbolo da bobina de fechamento 3 - Contatos auxiliares 4 - Bobina de fechamento 5 - Bandeirola de indicação Ligado/Desligado 6 - Contador de operações 7 - Botão de abertura 8 - Engate de fechamento 9 - Bobina de abertura DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 5 11/12/2006, 10:38 17 disjuntores DISJUNTORES Acessórios O disjuntor é conceitualmente uma chave elétrica. Para que possa caracterizarse como dispositivo automático para proteção à sobrecorrente, faz-se necessária a utilização de acessórios como os a seguir relacionados: bobina de abertura, bobina de fechamento, bobina de mínima tensão, motor de carregamento de molas, relé anti-religamento, relé de proteção contra sobrecorrentes, dentre outros. A decisão sobre os acessórios que o disjuntor deverá possuir, deve ser determinada em função do projeto elétrico do circuito, em razão da aplicação do disjuntor e da seletividade das instalações. Princípios de extinção do arco e detalhes construtivos Disjuntor a seco A extinção do arco elétrico durante a abertura rápida dos contatos é, em geral, obtida através de lâminas radiadoras montadas em câmaras de extinção. Este sistema provoca o resfriamento do arco elétrico e sua conseqüente extinção que, por intermédio das referidas lâminas, seccionam o percurso do mesmo em pequenos segmentos. Câmara para disjuntor tipo DS Disjuntor tipo DS - Westinghouse Disjuntor tipo DM1 - Beghim As câmaras de extinção são geralmente montadas e fixadas acima dos contatos de arco de cada pólo em uma posição geometricamente favorável ao confinamento do arco formado durante a interrupção de qualquer valor de corrente. 18 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 6 11/12/2006, 10:38 disjuntores Nas câmaras de extinção dos disjuntores de correntes mais elevadas, são intercaladas placas de fibra de vidro aglomeradas em resina, para resistir a arcos mais densos. Estas placas produzem turbulência na exaustão dos gases acima das placas de aço, evitando assim, eventual descarga para terra, fora da câmara de extinção. DISJUNTORES A caixa da câmara é construída em material de grande rigidez dielétrica. No seu interior, estão montadas placas metálicas, espaçadas, que ficam logo acima dos contatos do arco. O arco formado nos contatos é então atraído por estas placas e, à medida em que for se estendendo, será fracionado e sofrerá resfriamento entre as placas. Disjuntor a óleo mineral isolante Nos disjuntores a óleo podem-se distinguir dois efeitos principais de extinção do arco voltaico: - O efeito de hidrogênio -O efeito de fluxo líquido O primeiro consiste no fato de que a altíssima temperatura do arco voltaico decompõe o óleo, liberando de tal modo vários gases onde o hidrogênio predomina, a ponto de se poder dizer que o arco queima numa atmosfera de hidrogênio. Como este gás tem uma condutividade térmica bastante elevada comparado ao nitrogênio, por exemplo, a retirada de calor das vizinhanças do arco se processa de maneira eficiente, resfriando o mesmo. O segundo efeito, consiste em se jogar óleo mais frio sobre o arco dando continuidade ao processo de evaporação aludido, de maneira que grandes quantidades de calor possam ser retiradas pelos gases resultantes. Existem dois tipos de óleos isolantes para disjuntores: - Parafínico - Naftênico O óleo parafínico é proveniente de petróleo parafínico e pode ser empregado em classe de tensão de até 145 KV. Como exemplo de óleo parafínico, podemos citar o tipo “AV-10 - Petrobrás”. O óleo naftênico é proveniente de petróleo naftênico e pode ser empregado em qualquer classe de tensão. Como exemplo de óleo naftênico, podemos citar o tipo “AV-58 - Petrobrás”. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 7 11/12/2006, 10:38 19 disjuntores DISJUNTORES 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. 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. Disjuntor GVO de Alta Tensão Westinghouse 1 7 1 - Visor do óleo 2 - Transformador de corrente 3 - Haste dos contatos móveis 2 8 4 - Câmara de interrupção 9 5 - Posição fechada 6 - Posição aberta 3 7 - Bucha 4 10 8 - Indicador de posição 5 9 - Haste de acionamento 6 10 - Mola de abertura Vista em corte de um disjuntor a grande volume de óleo do tipo TDO (Siemens-Allis) 20 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 8 11/12/2006, 10:38 disjuntores Disjuntor a pequeno volume de óleo PVO 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. DISJUNTORES Estes disjuntores representam o desenvolvimento natural dos antigos disjuntores GVO, na medida em que se procura projetar uma câmara de extinção com fluxo forçado de óleo sobre o arco aumentando-se a eficiência do processo de interrupção da corrente e diminuindo-se drasticamente o volume de óleo no disjuntor. Disjuntor tipo HPTW - Sprecher 5 - Isolador superior 9 - Carcaça superior 9.5 - Vedação 11 - Válvula de expansão 13.3 - Visor de óleo .5 - Vareta indicadora .9 - Tubo de bóia .11 - Bóia 17 - Flange superior 19 - Terminal superior 23 - Anel roscado 27 - Cabeçote SS 31 - Contato fixo 31.5 - Suporte estrela 31.13 - Dedos de contato 33 - Tubo distanciador 35 - Compartimento superior da câmara 37 - Tampa da câmara 39 - Canal anelar 41 - Base da câmara 43 - Tubo da câmara 45 - Compartimento inferior da câmara 49 - Contato móvel 53 - Pino isolante 57 - Placa de centragem 61 - Rolete de contato 63 - Colunas de guia 67 - Flange inferior com terminal 69 - Cruzeta 73 - Carcaça inferior 73.5 - Vedação 77 - Haste 81 - Alavanca interna 83 - Eixo estriado 91 - Terminal interior (apenas no tipo A) 95 - Amortecedor 97 - Bujão de drenagem 105 - Isolador inferior Vista em corte de um pólo do disjuntor PVO tipo 3AC para média Tensão da Siemens DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 9 11/12/2006, 10:38 21 disjuntores DISJUNTORES A seguir, descreveremos a seqüência de extinção do arco do disjuntor tipo 3AC de fabricação Siemens: 31 27 31.13 35 15 37 39 41 45 49 51 (a) (b) (c) a) Contato móvel na posição LIGADO. b) O fluxo de óleo através da haste oca do contato móvel atua sobre o arco. c) O arco é submetido à ação combinada dos fluxos de óleo dependente e independente da corrente. 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 seqüência 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). (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. 22 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 10 11/12/2006, 10:39 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. Disjuntor a sopro magnético DISJUNTORES disjuntores Neste tipo de disjuntor, os contatos se abrem no ar, induzindo o arco voltaico para dentro das câmaras de extinção, onde ocorre a interrupção, devido a um aumento na resistência do arco e, conseqüentemente, na sua tensão. Este aumento na resistência do arco é conseguido através de: a) aumento no comprimento do arco; b) fragmentação do arco em vários arcos menores, em série, nas várias fendas da câmara de extinção e; c) resfriamento do arco em contato com as múltiplas paredes da câmara. Disjuntor tipo DHP Westinghouse Disjuntor tipo Magne-Blast - GE Disjuntor tipo DR - Sace As forças que induzem o arco para dentro das fendas da câmara são produzidas pelo campo magnético da própria corrente, passando por uma ou mais bobinas (daí o nome de sopro magnético) e, eventualmente, por um sopro pneumático auxiliar produzido pelo mecanismo de acionamento. Este sopro pneumático, é muito importante no caso de interrupção de pequenas correntes, cujo campo magnético é insuficiente para induzir o arco para dentro da DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 11 11/12/2006, 10:39 23 disjuntores DISJUNTORES câmara, o que ocasionaria tempos de arcos muito longos. Existem vários tipos e formatos de câmaras de extinção para disjuntores a sopro magnético. As placas que formam a câmara podem ser de material isolante e refratário ou de aço, ou ainda de uma combinação dos dois. Em cada uma destas alternativas, encontramos vários tipos de configuração de câmara, específicos de cada fabricante. Os circuitos magnéticos de sopro também possuem várias configurações, sendo as principais as do tipo de núcleo externo (onde o campo magnético é produzido pela corrente a ser interrompida circulando através de bobinas) ou interno (onde o campo é produzido pelo próprio arco voltaico através de um circuito magnético formado pela própria câmara). Câmara de extinção - disjuntor tipo DHP - Westinghouse 9 2 7 6 5 4 1 2 8 1 - Placa cerâmica com 1 3 zircônio para guia do arco no início de sua formação 2 - Paredes laterais em poliéster com fibra de vidro 3 - Alongador anterior do arco 4 - Alongador posterior do arco 5 - Alongador intermediário ligado à bobina de campo magnético 6 - Núcleo magnético 7 - Bobina de campo magnético 8 - Pequena câmara de extinção para inserção de bobina de campo magnético 9 - Paredes da câmara principal de extinção A foto mostra uma câmara de extinção de um disjuntor a sopro magnético com o circuito magnético dentro da própria câmara. O arco, entre os contatos principais, é induzido por efeitos térmicos e magnéticos na direção da câmara, guiado pelas placas cerâmicas (1). Ao atingir as pré-câmaras de extinção (8) ele insere a bobina geradora de campo magnético no circuito (7). Com o campo produzido por esta bobina o arco é dividido em dois e induzido para dentro das paredes múltiplas (9) da câmara, resfriando-se e extinguindo-se em subseqüente passagem da corrente pelo zero. 24 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 12 11/12/2006, 10:39 DISJUNTORES disjuntores Câmara do tipo “solenarc” para disjuntor a sopro magnético (Merlin Gerin) A figura acima mostra um tipo de câmara onde o início do impulso sobre o arco é dado apenas por um sopro pneumático. O arco passa dos contatos principais (a) para os auxiliares (b) através do sopro pneumático e destes para as inserções metálicas das placas (c). Neste ponto o arco é dividido em vários arcos em série que, então, são induzidos por efeito térmico e magnético para dentro das câmaras (d) e (e) alongando-se, resfriandose e se extinguindo-se na subseqüente passagem da corrente pelo zero. Este tipo de disjuntor também pode ser provido de bobinas de campo magnético, adicionalmente ao sopro pneumático. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 13 11/12/2006, 10:40 25 disjuntores Disjuntor a gás hexafluoreto de enxofre - SF6 DISJUNTORES Esta categoria pode ser dividida em dois tipos principais: - Disjuntor a dupla pressão - Disjuntor a pressão única Disjuntor tipo Fluarc - Merlin Gerin 1 - Isolador de porcelana 2 - Contato fixo 3 - Dedo de contato fixo 4 - Contato fixo de arco 5 - Terminal 6 - Cilindro de sopro 7 - Pistão fixo de sopro 8 - Articulação 9 - Haste de contato móvel 10 - Cilindro de sopro 11 - Dedo de contato móvel 12 - Contato móvel de arco 13 - Bocal de sopro 14 - Isolador de porcelana 15 - Haste isolante Disjuntor a SF6 - pressão única 26 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 14 11/12/2006, 10:40 disjuntores A válvula de sopro é, em seguida, fechada e o compressor transfere o excesso de gás da câmara para o reservatório de alta pressão, através de filtros de alumina (Al2O3), que retiram do gás os produtos de sua decomposição e os resíduos formados pela ação do arco sobre os contatos. No disjuntor a pressão única, em uma operação de abertura, o contato móvel se movimenta simultaneamente com um cilindro de sopro que tem, na sua parte interna, um pistão sobre o qual desliza. DISJUNTORES No disjuntor a dupla pressão, em uma operação de abertura, quando o contato móvel inicia o seu afastamento do contato fixo, a válvula de sopro é aberta e um forte sopro de gás é dirigido contra o arco, esfriando-o, desionizando-o e acabando por extinguí-lo. O gás SF6 do interior do cilindro, é comprimido e acaba sendo lançado contra o arco, através do bocal de sopro. Disjuntor a vácuo Disjuntor tipo VGA - Toshiba Na abertura dos contatos, é iniciada pela corrente a ser interrompida, uma descarga elétrica em forma de vapor metálico. Através deste vapor metálico, flui uma corrente de arco até a próxima passagem da corrente pelo zero. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 15 11/12/2006, 10:40 27 disjuntores DISJUNTORES O arco extingue-se próximo ao ponto zero de corrente e o vapor metálico condutivo se condensa em poucos microsegundos sobre as superfícies de contato; desta forma, a rigidez dielétrica entre contatos, se recupera rapidamente. Para evitar sobreaquecimento localizado nos contatos na interrupção de grandes valores de corrente, elas são dirigidas de forma que o arco não flua apenas sobre um único ponto da superfície de contato, mas se movimente por toda superfície de contato por efeito do campo magnético associado à estas correntes. Para manter a descarga em forma de vapor metálico, é necessário um valor mínimo de corrente. Se o valor da corrente for menor que este mínimo, ela será cortada antes da passagem pelo zero. Deslocamento do arco contraído Através da rápida recuperação da rigidez dielétrica entre contatos, o arco é ainda interrompido com segurança, mesmo que a separação dos contatos aconteça pouco antes de uma passagem da corrente pelo zero. O tempo de arco no último pólo a extinguir é no máximo de 15ms. Em disjuntores de média tensão, a verdadeira função do meio de extinção é desionizar a região entre contatos abertos, imediatamente depois da passagem pelo zero. Em todos os princípios de extinção tradicionais, isto significa que o arco elétrico é resfriado antes de se atingir a mínima distância para a extinção e a próxima passagem da corrente pelo zero. Com isso, a potência do arco cresce de forma indesejável. Nos disjuntores a vácuo, ao contrário, o arco não é resfriado. O plasma de vapor metálico tem alta condutibilidade e, por esse motivo, temos como resultado, uma tensão de arco extremamente pequena, que varia de 20 a 200V. Por esta razão e pelo pequeno tempo de arco, a energia entre contatos é muito pequena. A câmara de extinção é, devido a esta pequena solicitação, livre de manutenção. 28 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 16 11/12/2006, 10:40 Contatos de interruptor a vácuo DISJUNTORES disjuntores Contatos de pétalas em espiral de interruptor a vácuo 1 - Pino de conexão do contato fixo 2 - Disco de conexão 3 - Isolador de cerâmica 4 - Contato fixo 5 - Câmara 6 - Contato móvel 7 - Isolador de cerâmica 8 - Fole 9 - Haste móvel condutora 10 - Conexão mecânica para o acionamento Corte de uma câmara de disjuntor a vácuo Siemens, de tensão nominal 15KV, corrente nominal 1600A e uma corrente de curto-circuito de 31,5KA. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 17 11/12/2006, 10:40 29 disjuntores Aplicações - Benefícios - Comparativo DISJUNTORES Disjuntores a seco Primeiro sistema existente de disjuntor, é adequado para utilização em Baixa Tensão até os dias de hoje. Devido à sua capacidade de interrupção em Média e Alta Tensão, não ser ideal, iniciaram-se pesquisas e novos sistemas foram desenvolvidos. Disjuntores a óleo mineral isolante Esse é o primeiro sistema eficiente de interrupção de corrente desenvolvido para Média e Alta tensão. Disjuntores GVO (Grande volume de óleo) No passado, consistia apenas de um recipiente metálico com os contatos simplesmente imersos no óleo, sem nenhuma câmara de extinção. Estes disjuntores são largamente encontrados em circuitos de Alta Tensão. Atualmente os disjuntores GVO possuem câmaras de extinção onde se força o fluxo de óleo sobre o arco. São robustos, resistentes e normalmente necessitam de manutenção preventiva periódica para controle da degradação do óleo isolante e dos contatos. Disjuntores PVO (Pequeno volume de óleo) Estes disjuntores representam o aperfeiçoamento natural dos antigos disjuntores GVO, na medida em que se procura projetar uma câmara de extinção com fluxo forçado de óleo sobre o arco, aumentando-se a eficiência do processo de interrupção da corrente e diminuindo-se drasticamente o volume de óleo no disjuntor. De baixo custo inicial e rapidez na extinção do arco, apresenta como desvantagem, a necessidade de manutenção imediata com possível substituição do óleo após uma abertura sob curto-circuito. Esse tipo de disjuntor não é recomendado para utilização em circuitos de frequentes manobras sendo, porém, adequados para utilização em circuitos de Média e Alta Tensão. 30 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 18 11/12/2006, 10:40 disjuntores Uma das principais características dos disjuntores a sopro magnético é a grande resistência do arco elétrico. Isto se deve ao fato de que nesses disjuntores o arco queima no ar e é levado a se alongar consideravelmente, aumentando sua resistência. Este modelo de disjuntor é utilizado em Média Tensão até 24KV, principalmente, montados em cubículos. O fato de não possuirem meio extintor inflámavel como o óleo, os torna seguros e aptos para aplicações específicas. DISJUNTORES Disjuntores a sopro magnético Por queimar o arco no ar, provoca a rápida oxidação dos contatos, necessitando manutenções mais freqüentes. Quando em operação, estes disjuntores produzem grande nível de ruído, o que pode também, em certos casos, ser um fator de restrição ao seu uso. Disjuntores a vácuo O disjuntor a vácuo representa a tendência mais moderna na área de Média Tensão até 38KV. Vários pontos concorrem para a aceitação cada vez maior destes disjuntores no mercado. Podemos citar alguns pontos, tais como: - 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, conseqüentemente, 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; DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 19 11/12/2006, 10:40 31 disjuntores DISJUNTORES - Devido à ausência de meio extintor gasoso ou líquido, podem fazer religamentos automáticos ou múltiplos; Em algumas circunstâncias, quando manobramos pequenas cargas indutivas ou bancos de capacitores, os mesmos podem criar surtos de Alta Tensão. Sendo assim, é recomendado o uso de supressores de surto. Disjuntores a gás hexafluoreto de enxofre - SF6 Os disjuntores a gás SF6 representam, sem dúvida, a tendência mais atual nas áreas à partir da alta tensão, por utilizarem gás SF6 que em condições normais é altamente isolante, inerte, não inflamável, não tóxico e inodoro. Esses disjuntores são altamente eficazes na interrupção de circuitos elétricos de cargas indutivas e capacitivas, sem ter grandes desgastes dos contatos. Utilizando seu equipamento A operação e manutenção de equipamentos elétricos que constituem uma subestação, devem obedecer a regras e normas de procedimento bem rígidas e serem executadas por pessoa habilitada e autorizada, aquela reconhecida pela empresa como possuidora de conhecimentos técnicos inerentes a subestações elétricas, podendo ser responsável pela operação, inspeção ou pela execução da manutenção dos equipamentos. Operação de inserção/extração de disjuntor de Média Tensão a vácuo tipo VCP-W-Westinghouse com utilização de dispositivo apropriado. 32 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 20 11/12/2006, 10:40 disjuntores A criação desses procedimentos deve ser executada à partir da consulta ao manual de operação do equipamento, da experiência de campo e da observação das normas existentes. Como exemplo de problema ocasionado pela falta desses procedimentos, podemos citar a grande quantidade de disjuntores que são danificados no momento de sua inserção/extração em seus cubículos e até mesmo, no momento de sua operação. DISJUNTORES Tendo em vista a imensa variedade de modelos e fabricantes de disjuntores existentes no mercado, há necessidade de que o operador ou inspetor tenha total conhecimento do equipamento a ser operado, seguindo os procedimentos préestabelecidos. Observados os procedimentos, entre eles: confirmar se o disjuntor está realmente desligado antes de sua extração; verificar o alinhamento do disjuntor em relação ao cubículo no momento da inserção e confirmar o correto acoplamento das garras após a inserção, as operações deverão ser executadas dentro de parâmetros básicos de aplicação de força, evitando-se, assim, danos comuns, tais como a quebra de alavancas e de mecanismos de inserção/extração entre outros. A segurança pessoal do operador/inspetor também não deve ser esquecida. Além do perfeito conhecimento do equipamento a ser operado, deve-se considerar a distância mínima de operação, de acordo com a tensão nominal do painel. Podemos citar como exemplo, o procedimento adotado pela Eletropaulo que estipula que: Para a classe de tensão de 15KV, a distância mínima de operação com segurança é de 1,25m do ponto energizado. Inspeções e manutenções É inegável que, atualmente, os processos produtivos vêm sendo compelidos a atingir níveis crescentes de qualidade e eficiência, face aos grandes desafios de um mercado consumidor cada vez mais competitivo. Na esteira, e como fator de alavancagem do desenvolvimento, o Setor Elétrico, evidentemente estará subordinado a metas envolvendo qualidade e produtividade. Nesse cenário, as Inspeções e Manutenções adquirem dimensões significativamente importantes, como elos da cadeia de procedimentos que permitirá ao Setor atingir padrões adequados de desempenho exigidos pelos consumidores. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 21 11/12/2006, 10:40 33 disjuntores Inspeção - Conceito DISJUNTORES Exame visual periódico das características principais do disjuntor em serviço, sem qualquer espécie de desmontagem. Este exame é geralmente feito, verificando-se as pressões e/ou níveis dos fluidos, as estanqueidades, as posições dos relés, a poluição das partes isolantes. Abrange igualmente as operações de lubrificação, limpeza, lavagem etc., que podem ser feitas com o disjuntor em serviço. As observações feitas durante uma inspeção deverão instruir relatório técnico e podem indicar a necessidade de manutenção preventiva e/ou corretiva. Manutenção - Conceito Conjunto de operações previstas pelas inspeções e revisões programadas. A manutenção executada por técnicos experientes, contemplando medições elétricas para avaliação funcional dos equipamentos, limpeza e lubrificação dos pontos recomendados além das correções requeridas no relatório técnico das inspeções e/ou manutenções anteriores, sugerem a forma indicada para evitar ou diminuir a incidência de paradas não programadas. As manutenções podem ser: preditiva, preventiva e corretiva Periodicidade dos intervalos de inspeção e manutenção - Conceito Os intervalos entre inspeções e revisões de disjuntores não devem ser tão longos que coloquem em risco a sua confiabilidade e nem tão curtos que redundem em despesas e trabalhos desnecessários. Para se determinar os períodos das inspeções e revisões periódicas programadas deve-se ter em vista as partes principais do disjuntor: câmara de extinção, ampolas de vácuo, contatos, isolação, óleo isolante e mecanismo de operação. Os períodos devem ser estabelecidos tendo-se em vista cada uma delas separadamente. Os períodos das inspeções e revisões comumente adotados são principalmente das seguintes espécies: por tempo definido e pelo número de operações. Eles são estabelecidos conforme as instruções do fabricante e a experiência adquirida pelo usuário do disjuntor. 34 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 22 11/12/2006, 10:40 disjuntores Os intervalos entre as inspeções e revisões que dependem do número de operações do disjuntor podem ser variáveis, uma vez que o número de operações, em geral, depende de fatores muitas vezes aleatórios. Independentemente do critério adotado, recomenda-se a intervenção técnica sempre que se verificar a ocorrência de abertura do disjuntor por curto-circuito. Trabalhando com segurança DISJUNTORES O período por tempo definido é aquele em que o intervalo de tempo entre as inspeções e revisões é dado em semanas, meses ou anos. Antes de dar início às rotinas de inspeções e manutenções, recomenda-se a elaboração da Análise Preliminar de Riscos com vistas a garantir a máxima segurança dos técnicos executantes. Nesta análise, devem ser observados ao menos, os seguintes procedimentos: 1 - Verificar todos os equipamentos de proteção individual - EPI´s necessários para garantir a integridade dos técnicos executantes. 2 - Impedimento do disjuntor. 3 - Remover o disjuntor do interior de seu cubículo (quando extraível). No caso de disjuntores fixos, assegurar-se de que o mesmo esteja desenergizado e isolado do sistema. 4 - Assegurar-se de que a fonte de energia dos circuitos auxiliares de comando, esteja desligada. 5 - Certificar-se de que não haja nenhuma energia armazenada no mecanismo de operação, como por exemplo, alguma mola tensionada ou circuito pressurizado. 6 - Não utilizar ferramentas inadequadas e não padronizadas. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 23 11/12/2006, 10:40 35 disjuntores DISJUNTORES 7 - Instrumentos e utensílios devem ser inspecionados antes do início dos trabalhos, verificando-se seu estado, qualidade e quantidade. 8 - Delimitar e sinalizar a área de trabalho e/ou diferenciar os equipamentos energizados, dos equipamentos desenergizados. Após a conclusão dos trabalhos, também são necessários alguns procedimentos mínimos de segurança: 1 - Remover todos os utensílios utilizados, tais como materiais de limpeza e ferramentas. 2 - Limpeza do local, com a remoção de todos os detritos originados durante a execução dos trabalhos. 3 - Inspeção final do equipamento e do respectivo painel. 4 - Desimpedimento do equipamento. Identificando o disjuntor Conhecer as informações contidas em uma placa de identificação é de fundamental importância para a correta avaliação técnica do disjuntor. Seguem alguns exemplos: Tipo de equipamento Máxima corrente de operação Máxima tensão de operação Freqüência de trabalho Relação de transformação do sensor (TC) instalado no disjuntor (1600/5A) Capacidades de interrupção instantânea e de curta duração (+/- 10 ciclos) relacionadas a tensão de operação do disjuntor Número do esquema elétrico empregado no disjuntor Tensão de operação dos acessórios (bobina de fechamento, bobina de abertura, bobina de mínima tensão e motor de carregamento de molas) Ano e mês de fabricação, seguido do número de série 36 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 24 11/12/2006, 10:40 DISJUNTORES disjuntores Inspeção Uma vez respeitadas as normas de segurança, recomendamos que sejam inspecionados diversos itens, classificando-os da forma sugerida abaixo: A = Em ordem B = Com problemas, vide observação C = Não tem D = Não inspecionado NA = Não aplicável DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 25 11/12/2006, 10:41 37 disjuntores Itens a serem inspecionados: DISJUNTORES 1 - Nível de óleo Fase - R Fase - S Fase - T Amostra para teste Vazamento 2 - Indicação Placa de identificação Aberto Fechado Posição da mola 3 - Mecanismo de carregamento da mola Motor Mecânico 4 - Acionamento manual Abertura Fechamento Haste de acionamento 5 - Acionamento elétrico Abertura Fechamento Mínima tensão 38 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 26 11/12/2006, 10:42 disjuntores 6 - Intertravamento Elétrico DISJUNTORES Mecânico 7 - Aterramento Aterramento da carcaça 8 - Isolação Barreiras isolantes Isoladores Garrafas de vácuo 9 - Conservação Pintura/corrosão Reaperto geral Limpeza geral Lubrificação 10 - Contatos Contatos fixos Contatos móveis Contatos corta arcos Contatos encapsulados Contatos auxiliares 11 - Câmara de extinção Integridade Limpeza DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 27 11/12/2006, 10:43 39 disjuntores DISJUNTORES 12 - Extração Dispositivo de extração Contatos de conexão (garras e tulipas) Plug de comando Registro das Anormalidades Encontradas Após a avaliação dos tópicos acima sugeridos, recomenda-se o registro das anormalidades encontradas e correções aplicáveis. As anormalidades devem ser anotadas em livro de ocorrências e/ou relatório técnico, com vistas à programação de manutenção corretiva ou preventiva futura. Manutenção Equipamento alvo Em uma subestação existem disjuntores com diferentes níveis de manobra. Há uma tendência natural das equipes técnicas em identificar como alvo da manutenção os disjuntores freqüentemente manobrados, pois, tendem a apresentar maior desgaste mecânico e dos contatos, deixando os disjuntores de menor atividade, relegados a segundo plano. Acontece, porém, que na experiência de campo, encontram-se comumente disjuntores que, durante um longo período de tempo em repouso (abertos ou fechados), apresentam falhas quando solicitados. Por estarem em repouso e sem manutenção durante um longo período, também estão sujeitos às seguintes situações: A - Emperramento do mecanismo de operação devido a: - Acúmulo de poeira - Umidade (causando oxidação do mecanismo) - Fadiga das molas - Lubrificação ressecada - Rolamentos e êmbolo de bobinas emperrados e outros. B - Oxidação dos contatos, ocasionando aumento em sua resistência ôhmica. 40 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 28 11/12/2006, 10:44 disjuntores C - Baixa isolação provocada por acúmulo de poeira e absorção de umidade. Conclui-se, assim, que devem ser alvo de manutenções programadas tanto os disjuntores freqüentemente manobrados como os que repousam ligados ou não (e os reservas). Falta de manutenção DISJUNTORES D - Nos disjuntores a óleo, pode ocorrer a perda da rigidez dielétrica devido à absorção de umidade. A falta de manutenção pode acarretar desde pequenos problemas de acionamento até a perda total de uma subestação. A seguir relatamos alguns exemplos de fatos observados ao longo de experiências vivenciadas: Disjuntor PVO de Média Tensão - Siemens O disjuntor encontrava-se em operação a cerca de três anos sem que fosse realizada qualquer intervenção técnica ou mesmo manutenção preditiva, sendo que para este tipo de disjuntor é recomendada a substituição do óleo por ocasião da manutenção preventiva. Detalhe dos cabeçotes derretidos Disjuntor tipo 3AC - Siemens Detalhe do cárter da fase “C” derretido DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 29 11/12/2006, 10:45 41 disjuntores DISJUNTORES A degradação natural do óleo decorrente das manobras com carga e a absorção natural de umidade, resultou na redução da rigidez dielétrica. Na ocorrência de um curto-circuito quando o disjuntor deveria interromper a corrente sem que ocorressem maiores danos, não foi possível a extinção do arco elétrico. Isso provocou o aumento excessivo da temperatura nos pólos e, conseqüentemente, uma explosão seguida de incêndio, danificando todo o painel e interrompendo a produção da área, devido ao sinistro. Disjuntor PVO de Média Tensão - Inoue Electric A falta de manutenção (limpeza), ocasionou a elevação excessiva da resistência ôhmica dos contatos, originando a elevação da temperatura dos mesmos, a tal ponto que comprometeu os contatos e todos os componentes isolantes integrantes dos pólos das fases “A e C”. Termografia do disjuntor Pólo com componentes isolantes e contatos comprometidos Disjuntor tipo 6IS Inoue Nesse caso específico, essa anormalidade foi identificada por termografia, à tempo de evitar uma possível explosão decorrente de um curto-circuito, o que ocasionaria a possível perda do painel. 42 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 30 11/12/2006, 10:46 disjuntores Disjuntor com característica de abertura ultra-rápida e acionamento motorizado. Decorrido um período de tempo em operação normal, esse disjuntor passou a apresentar falha no acionamento motorizado. Sem efetuar qualquer tipo de manutenção, o usuário passou a utilizá-lo acionandoo manualmente. Após um breve período de tempo, ocorreu o travamento do mecanismo de acionamento, onde em uma operação de desligamento, os contatos não abriram totalmente, ocasionando o derretimento dos contatos e a conseqüente perda do disjuntor. DISJUNTORES Disjuntor Mey Rapid - AEG Detalhe dos contatos derretidos Disjuntor tipo Mey Rapid - AEG Disjuntor DHP - Westinghouse De grandes dimensões e peso, este disjuntor possui mecanismo de inserção/ extração bastante exigido em seus acionamentos. Dada a falta de manutenção, (limpeza e lubrificação) foi necessária a aplicação de força excessiva na alavanca de extração, provocando a quebra de uma chaveta e o conseqüente travamento do disjuntor no cubículo. Para solucionar o problema, foi necessário desenergizar todo o painel, que teve sua parte traseira desmontada, bem como a parte traseira do cubículo, para que se pudesse, com um maçarico, cortar o fuso para a extração do disjuntor. A falta de manutenção pode acarretar prejuízos materiais de grande importância, não só devido à perda dos equipamentos, como também, devido à paralisação da produção, trazendo inclusive, riscos à segurança pessoal dos operadores. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 31 11/12/2006, 10:46 43 disjuntores DISJUNTORES Manutenção Preditiva São técnicas preditivas as atividades de inspeção, controle e ensaio, realizadas em um item, sem indisponibilidade operativa, com o objetivo de se predizer / estimar o ponto ótimo para intervenção da manutenção preventiva. São exemplos mais freqüentes de técnicas preditivas as inspeções termográficas e a análise físico-química do fluido isolante. Através das inspeções termográficas, é possível detectar a existência de eventual ponto quente que sugere uma necessidade de intervenção que vai desde um reaperto de conexão, até o alinhamento e/ou substituição dos contatos. Por exemplo, na termografia apresentada acima, um disjuntor tipo Magne-Blast GE apresentava elevação do valor de resistência de contato na fase “C” gerando aumento da temperatura. A equipe de manutenção retirou o equipamento de operação para execução de manutenção preventiva/corretiva, onde foi suficiente apenas uma limpeza dos contatos para retorno das condições normais de operação do equipamento. Recomenda-se a inspeção termográfica periódica em intervalos de 4 a 6 meses, de acordo com as características dos circuitos e/ou do local onde estão instalados, tais como; indústrias químicas, siderúrgicas e áreas litorâneas (maresia). Através da análise fisico-química do óleo isolante, é possível se determinar seu nível de rigidez dielétrica. No entanto, recomenda-se esse tipo de análise apenas para os disjuntores a grande volume de óleo (GVO). Nos disjuntores a pequeno volume de óleo (PVO), com cerca de 3 a 5 litros de óleo por pólo na Média Tensão - devido ao custo benefício, é recomendada a substituição total do óleo periodicamente. 44 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 32 11/12/2006, 10:47 disjuntores Parte das operações de inspeção e revisão, compreendendo a substituição de peças que tenham atingido ou ultrapassado os limites de desgaste estabelecidos, com exceção da substituição de peças devido a uma falha ou defeito; Esse tipo de manutenção visa manter o funcionamento satisfatório do disjuntor e prevenir contra possíveis ocorrências que acarretem a sua indisponibilidade. DISJUNTORES Manutenção Preventiva São itens básicos a serem observados durante a manutenção preventiva: - Limpeza geral do equipamento - Substituição do óleo isolante - Lubrificação dos pontos de articulação - Reaperto de conexões elétricas - Ajuste e limpeza dos contatos principais, corta-arcos e pinças, com ênfase na verificação da qualidade das pastilhas - Lubrificação e regulagem do mecanismo de acionamento, com ênfase na inspeção das molas de abertura e fechamento DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 33 11/12/2006, 10:47 45 disjuntores DISJUNTORES - Inspeção e testes do circuito de acionamento (bobinas e motor de carregamento de mola) - Inspeção e testes do circuito de sinalização (contatos auxiliares) - Lubrificação e regulagem do mecanismo de inserção/extração - Inspeção e ajustes dos limites de inserção/extração - Realização dos ensaios elétricos: Resistência ôhmica dos contatos Resistência ôhmica da isolação dos contatos principais Resistência ôhmica da isolação do circuito de acionamento Tempo de fechamento e abertura dos contatos Simultaneidade dos contatos Fator de potência do isolamento Testes operacionais Manutenção Corretiva Parte das operações de inspeção e revisão, compreendendo, unicamente, a substituição de peças por causa de um defeito ou de uma falha revelada ou em estado latente; Pode também ter como objetivo a operação de modificação de uma parte do aparelho ou de uma peça, aplicada sistematicamente a uma categoria de disjuntores, tendo em vista evitar que ocorra nesses disjuntores, uma possível falha ou defeito. Em outras palavras, é todo serviço efetuado em disjuntores, com a finalidade de corrigir as causas e efeitos motivados por ocorrências constatadas que acarretem, ou possam acarretar, sua indisponibilidade em condições quase sempre não programadas. A manutenção corretiva pode ser de emergência ou programada. Exemplo de manutenção corretiva em disjuntor tipo DHF Magrini Gallileo 46 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 34 11/12/2006, 10:47 disjuntores É todo serviço de manutenção corretiva executado com a finalidade de se proceder de imediato o restabelecimento das condições normais do disjuntor, sempre observando as regras de segurança total do equipamento e do técnico executante. Manutenção corretiva programada É todo serviço de manutenção que tem por objetivo, corrigir defeitos de menor influência no desempenho funcional do disjuntor, e que possa ser postergado com o objetivo de ser inserido em programa de manutenção para restabelecimento das condições normais de operação. DISJUNTORES Manutenção corretiva de emergência É recomendado que se aproveite o tempo de parada do disjuntor quando da realização da manutenção corretiva para aplicação também do conteúdo descrito para manutenção preventiva, com o objetivo de se obter a máxima confiabilidade do equipamento. Ensaios São medições elétricas realizadas com o objetivo de efetuar avaliação funcional dos equipamentos. Resistência ôhmica dos contatos Aplicado a todas as classes de tensão, este ensaio é destinado a constatar a real condição dos contatos principais do disjuntor. Neste ensaio, verificam-se também: - Qualidade do tratamento de prateação dos contatos - Qualidade das molas de pressão dos contatos - Desgaste das pastilhas de prata - Estado das conexões Por exemplo, para a realização deste ensaio podemos utilizar um instrumento chamado Microohmímetro, que mede a resistência de contato através da avaliação da corrente e da queda de potencial na resistência. A medição é realizada a quatro fios, Microohmímetro tipo ODI 100 - Nansen DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 35 11/12/2006, 10:48 47 disjuntores para se eliminar as resistências de conexão e dos cabos de medição. DISJUNTORES Deve-se tomar por base como referência, os resultados obtidos no ensaio realizado pelo fabricante quando do fornecimento do equipamento novo ou, principalmente, em experiências vivenciadas em manutenções. Medição de resistência Ôhmica dos contatos de disjuntor tipo DS - Westinghouse Nota: A pressão das molas dos contatos é inversamente proporcional à resistência dos mesmos. Em caso de resistências elevadas ocorrerá, simultaneamente, um aumento da temperatura que, em circuitos de baixa tensão, pode ocasionar um derretimento dos contatos e, a partir de média tensão, pode propiciar condições favoráveis a ocorrência de explosões. É extremamente importante que disjuntores com elevada resistência ôhmica de contatos sejam retirados de operação para uma manutenção corretiva. Resistência ôhmica da isolação dos contatos A medição da resistência de isolamento de disjuntores (de qualquer classe de tensão) é de grande valor para detectar, diagnosticar e prevenir falhas de sua isolação. O ensaio é realizado aplicando-se à isolação uma tensão contínua e medindo-se a corrente elétrica que se escoa através ou por sua superfície. 48 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 36 11/12/2006, 10:48 disjuntores É um teste não destrutivo e por isso não é uma medição da rigidez dielétrica da isolação. DISJUNTORES Os instrumentos utilizados neste tipo de medição são conhecidos pela denominação de Megôhmetros, pois, a resistência de isolamento costuma ser dada em mega-ohm (Μ Ω). Megôhmetro tipo MI-5500 - Megabras Registros periódicos são fundamentais para uma boa avaliação dos componentes isolantes empregados em um disjuntor. Quando encontrados valores excessivamente baixos, estes geralmente são indicativos de acúmulo de poeira, isolantes úmidos e/ou danificados. Equipamentos instalados em ambientes com elevada umidade relativa do ar, requerem periodicidade mais freqüente para este ensaio. Medição de resistência ôhmica da isolação dos contatos de disjuntor tipo DS - Westinghouse Nota: Valores baixos de resistência ôhmica da isolação dos contatos, propiciam condições favoráveis para ocorrência de curto-circuito, podendo acarretar até a perda do equipamento. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 37 11/12/2006, 10:48 49 disjuntores DISJUNTORES Resistência ôhmica da isolação do circuito de acionamento Destina-se a verificar a integridade dos isolantes das bobinas de acionamento, motor e fiação, com o objetivo de garantir o perfeito funcionamento dos mesmos. Utiliza-se um Megôhmetro com tensão de teste de 500V Tempo de fechamento e abertura dos contatos Ensaio aplicado em disjuntores de Média e Alta tensão. Para sua realização, utilizase um oscilógrafo. Oscilógrafo tipo OR 100E Yokogawa Medição do tempo de fechamento/abertura dos contatos de disjuntor tipo DR Sace O tempo de fechamento é medido do instante de acionamento da bobina de ligamento até o instante de fechamento dos contatos. Oct. 17.04 10:35:57 (Logic) CLOSE CLOSE OPEN -60.000ms OPEN -50.000ms -40.000ms -30.000ms -20.000ms -10.000ms Tempo e simultaneidade do fechamento 50 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd T 38 11/12/2006, 10:49 0.0ms disjuntores O tempo de abertura é medido do instante do acionamento da bobina de desligamento até o instante da abertura dos contatos. DISJUNTORES Oct. 07.04 11:33:06 (Logic) T CLOSE OPEN -40.000ms -30.000ms -20.000ms -10.000ms 0.0ms Tempo e simultaneidade da abertura Os tempos de fechamento e abertura estão diretamente ligados à pressão das molas de fechamento e abertura respectivamente e, também, às condições das bobinas de operação (liga e desliga). Portanto, conclui-se que qualquer variação demasiadamente discrepante com os dados do fabricante está relacionada com as peças mencionadas anteriormente e devem ser corrigidas. Notas: 1- É importante salientar que, ocorrendo atraso no tempo de fechamento dos contatos decorrente de fadiga das molas, pode acarretar o fechamento incompleto dos contatos (pouca pressão) favorecendo a elevação da resistência ôhmica dos contatos. 2- Inversamente, o atraso no tempo de abertura poderá expor em demasia os contatos à ação do arco elétrico, reduzindo sua vida útil. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 39 11/12/2006, 10:49 51 disjuntores DISJUNTORES Simultaneidade dos contatos Também aplicado em disjuntores de Média e Alta Tensão e também obtido por um oscilógrafo, este ensaio verifica se no momento de fechamento/abertura, os contatos do disjuntor fecham/abrem simultaneamente. A discrepância dos contatos é obtida através da diferença entre a fase que fechou/abriu primeiro com a que fechou/abriu por último. A norma NBR7118 recomenda que a discrepância máxima admitida não deve exceder meio ciclo de freqüência nominal do disjuntor em teste. Oct. 27.04 15:39:27 (Logic) -40.000ms -30.000ms -20.000ms T -10.000ms 0.0ms 10.000ms Simultaneidade do fechamento Oct. 30.04 16:59:07 (Logic) -20.000ms -10.000ms T 0.0ms 10.000ms 20.000ms Simultaneidade da abertura 52 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 40 11/12/2006, 10:49 30.000ms disjuntores Tensão aplicada DISJUNTORES O equipamento utilizado para este ensaio é chamado de “High-Pot”. Consiste em aplicar tensão contínua ou alternada nos pólos do disjuntor com o intuito de registrar a corrente de fuga circulante através dos componentes isolantes do disjuntor. Este ensaio é recomendado somente para equipamentos de média tensão ou acima, que apresentarem valores de resistência ôhmica da isolação duvidosos, pois, este teste é destrutivo. High-pot - Associated Research Nota: É imprescindível que na realização deste ensaio, sejam observadas todas as normas de segurança, pois os níveis de tensão que são aplicados oferecem risco de morte por Ensaio de tensão aplicada em disjuntor tipo PVO 15 - Beghim aproximação. Nota: É imprescindível que na realização deste ensaio, sejam observadas todas Jamais deixar de cercar as normas de segurança, pois, os níveis de tensão quedeve-se são aplicados oferecem a área de ensaios com fita risco de morte por aproximação. Jamais deve-se deixar de isolar a área de ensaios com fita ou corrente de segurança. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 41 11/12/2006, 10:50 53 disjuntores DISJUNTORES Testes operacionais Aqui são verificados desde o funcionamento do mecanismo de operação, até o comportamento das bobinas de acionamento e do motor de carregamento de molas. A princípio, deve-se operar o disjuntor manualmente: -05 fechamentos -05 aberturas -05 “trip-free” (acionar o botão de fechamento mantendo apertado previamente o botão de abertura) Concluídos os testes com acionamento manual, procede-se então os testes para verificação da operação com comando elétrico (quando aplicável), realizando os acionamentos através das bobinas e do motor de carregamento de molas: -05 fechamentos -05 aberturas -05 “trip-free” (acionar a bobina de fechamento com bobina de abertura previamente acionada) Fonte Universal de tensões AC e DC Ensaio operacional de comando elétrico em disjuntor tipo DS - Westinghouse Obs.: As bobinas de acionamento e o motor de carregamento de molas devem operar com tensão de comando variando +/- 10% de suas tensões nominais, ou verificar no manual do fabricante o desequilíbrio permitido. 54 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 42 11/12/2006, 10:50 disjuntores O ensaio do Fator de Potência do isolamento, quando realizado periodicamente nos disjuntores de Alta Tensão, pode revelar a existência ou a evolução de um defeito ou ainda a deterioração da isolação permitindo a prevenção de uma falha total da mesma. As condições de uma isolação são avaliadas, medindo-se o seu fator de potência, que dá uma idéia do valor das perdas e do seu comportamento. Fator de potência de uma isolação é a relação entre o número de Watts dissipados no material isolante e o produto da tensão aplicada, pela corrente que a percorre, em valores eficazes. DISJUNTORES Fator de potência do isolamento Em definição, fator de potência é o cosseno do ângulo ϕ, portanto é interessante que este ângulo esteja o mais próximo possível de 90º, para que, conseqüentemente, seja pequena a potência dissipada no isolante (W). A deterioração do isolamento é diretamente proporcional à quantidade de Watts dissipados. Medidor de fator de potência de isolamento tipo MP 2500D Nansen Exemplo de Relatório de Inspeção e Ensaios A seguir, um exemplo de relatório preenchido de acordo com as condições do disjuntor de Média Tensão, tipo DR - Sace. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 43 11/12/2006, 10:50 55 DISJUNTORES disjuntores 56 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 44 11/12/2006, 10:50 DISJUNTORES disjuntores DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 45 11/12/2006, 10:51 57 disjuntores DISJUNTORES Retrofit Retrofit para disjuntor tipo DHP - Westinghouse Entende-se retrofit como uma modificação construtiva efetuada no disjuntor, com o objetivo de modernizar suas características funcionais. O retrofit do disjuntor, aplicável normalmente na média tensão, pode ser efetuado de duas maneiras distintas, a saber: a) Construindo um novo disjuntor compatível com as características nominais e dimensionais do cúbiculo do disjuntor antigo; b) Aproveitando-se o carrinho e partes estruturais do disjuntor antigo, descartando as peças do circuito de potência e do mecanismo de operação, instalando em seu lugar um disjuntor a vácuo ou SF 6 com as mesmas características nominais. A tomada de decisão sobre a aplicabilidade do retrofit, no entanto, requer o estudo criterioso de seu custo-benefício. Os disjuntores a vácuo e SF6 ainda têm preços elevados no mercado e a esses devem-se agregar os custos de adequação para intercambialidade com o cubículo onde será utilizado. Assim, nos casos de substituição de um disjuntor fora-de-linha sinistrado ou ainda de ampliação do painel, ou simplesmente para se obter um disjuntor reserva, viabiliza-se, pois, ter-se-á um disjuntor aplicável a qualquer cubículo do painel existente. Por outro lado, optar pelo retrofit somente para se obter equipamentos com concepção mais moderna certamente acarretará despesas excessivas, tornando mais viável gerir adequadamente um bom programa de manutenção com o objetivo de obter a maior confiabilidade possível dos disjuntores existentes. 58 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 46 11/12/2006, 10:51 disjuntores Sistemas de proteção Direto É o sistema de concepção mais antigo, que consiste na utilização de relés geralmente termomagnéticos instalados fase-a-fase. Em sobrecargas, um elemento bi-metálico deforma-se com o aumento da temperatura, provocando o disparo de abertura do disjuntor. DISJUNTORES Existem basicamente dois tipos de sistemas de proteção: direto e indireto. Já na ocorrência de um curto-circuito, um núcleo móvel é magnetizado disparando a abertura do disjuntor. Com o surgimento de novas tecnologias, este sistema torna-se cada vez mais obsoleto, principalmente pelo nível de imprecisão e confiabilidade oferecidos. Relé de proteção de sobrecorrente direto tipo KSI - Sace DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 47 11/12/2006, 10:51 59 disjuntores DISJUNTORES Este sistema foi largamente utilizado em disjuntores de baixa tensão. Outra concepção de relé direto, aplicado em média tensão, é constituído de uma bobina e, na ocorrência de curto-circuito ou sobrecarga, um campo magnético é formado, movimentando um êmbolo que dispara a abertura do disjuntor. Esta concepção hoje é obsoleta, devido à sua elevada margem de erro, em torno de 20%. Relé de proteção de sobrecorrente primário - Westinghouse Relé de proteção de sobrecorrente primário - Magrini Gallileo 60 Relé de proteção de sobrecorrente primário - Sprecher & Schuh DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 48 11/12/2006, 10:52 disjuntores Este sistema caracteriza-se pelo emprego de transformadores de corrente (TC´s) que transforma a corrente circulante no disjuntor, em um sinal equivalente que é monitorado por um relé de proteção (eletromecânico, eletrônico ou microprocessado) que, na ocorrência de uma falha (sobrecarga ou curto-circuito) provoca o fechamento de um contato deste relé que energiza a bobina de abertura do disjuntor. Atualmente os relés, além de proteção dos circuitos, fazem o monitoramento, gerenciamento e até mesmo registros de eventos ocorridos, com grande precisão. DISJUNTORES Indireto Relé tipo Amptector Eletrônico - Westinghouse e sua curva característica Corrente e múltiplos da característica nominal do sensor (xIs) DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 49 11/12/2006, 10:52 61 disjuntores segundos DISJUNTORES Relé tipo CO Eletromecânico - Westinghouse e sua curva característica Múltiplos da corrente da derivação 62 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 50 11/12/2006, 10:52 disjuntores DISJUNTORES Relé tipo MV Microprocessado - Westinghouse e algumas curvas características DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 51 11/12/2006, 10:53 63 disjuntores DISJUNTORES Retrofit da proteção Para disjuntores de baixa tensão, é usual optar-se pelo retrofit da proteção, que consiste em substituir relés geralmente térmicos por outros de concepção mais moderna, como os eletrônicos ou microprocessados, com instalação de sensores (TC´s) e disparadores que permitam a abertura do disjuntor em situações anormais, indicando o motivo de abertura. Disjuntor tipo BR-AK - GE com relé de proteção tipo CT - Beghim Disjuntor tipo Otomax - Sace com relé de proteção tipo Digitrip - Westinghouse Disjuntor tipo DS - Westinghouse com relé de proteção tipo Digitrip - Westinghouse 64 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 52 11/12/2006, 10:53 disjuntores É de fundamental importância acondicionar o disjuntor para o transporte de forma a protegê-lo contra impactos que possam danificá-lo. Para os disjuntores de média tensão, em especial os do tipo “Sopro-Magnético”, recomenda-se efetuar o acondicionamento do disjuntor em engradado de madeira separando-se em partes, a saber: -Disjuntor; -Câmaras de extinção; -Barreiras isolantes. DISJUNTORES Transporte e Armazenagem BARREIRAS ISOLANTES DISJUNTOR CÂMARAS DE EXTINÇÃO O transporte desse tipo de disjuntor montado pode provocar a quebra da base isolante dos pólos, principalmente nos pontos de articulação das câmaras de extinção, devido ao peso destas e à trepidação do caminhão. É também impor tante que o disjuntor, as câmaras e barreiras sejam cuidadosamente envoltas em plástico antes de serem colocadas no engradado, protegendo, assim, o equipamento contra o acúmulo de poeira e absorção de umidade, fatores que podem prejudicar seu funcionamento e suas características de isolação. O disjuntor deve permanecer embalado enquanto estocado. Nota: Jamais deve-se permitir o transporte de disjuntores na posição horizontal. Deitá-los para transporte, certamente provocará a quebra de isolantes, além do derramamento do óleo (no caso dos disjuntores PVO). Assim, sempre a embalagem deverá conter a sinalização de instruções para transporte. IMPORTANTE! Todo equipamento elétrico, novo ou recondicionado, ao ser retirado do estoque, deve ser cuidadosamente inspecionado, limpo e ensaiado (comissionado) por equipe técnica especializada, antes de ser colocado em operação. DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 53 11/12/2006, 10:54 65 DISJUNTORES disjuntores 66 DISPOSITIVOS DE MANOBRA - DISJUNTORES - PARTE 2 Parte 2 - disjuntores - final.pmd 54 11/12/2006, 10:54
