Conhecimento básico de equipamentos de manobra de alta tensão

Os painéis de distribuição de alta tensão são amplamente utilizados em sistemas de distribuição de energia para receber e distribuir energia elétrica. Parte dos equipamentos ou linhas de energia pode ser ligada ou desligada de acordo com a operação da rede elétrica, e a parte defeituosa pode ser rapidamente desconectada da rede quando o equipamento ou linha falha, garantindo assim o funcionamento normal da parte não defeituosa da rede, bem como a segurança dos equipamentos, dos operadores e dos pessoal de manutenção. Portanto, os painéis de distribuição de alta tensão são equipamentos de distribuição de energia muito importantes, e sua operação segura e confiável é de grande relevância para o sistema elétrico.

1. Classificação de equipamentos de comutação de alta tensão

Tipo de estrutura:
Tipo blindado. Todos os tipos são isolados e aterrados por placas de metal, como os tipos KYN e KGN.
Tipo de intervalo. Todos os tipos são separados por uma ou mais placas não metálicas, como o tipo JYN.
O tipo caixa possui uma estrutura metálica, mas o número de compartimentos é menor do que o de veículos blindados ou compartimentados, como o tipo XGN.
Localização do disjuntor:
Tipo de piso: O próprio carrinho do disjuntor pousou e foi empurrado para dentro do gabinete.
O carrinho de mão central é instalado no meio do painel elétrico, e o carregamento e descarregamento do carrinho requerem um veículo de carga e descarga.

Carrinho de mão montado no meio

carrinho de mão de chão

Tipo de isolamento
Painéis de distribuição com isolamento a ar e invólucro metálico
Painel de distribuição com isolamento a gás SF6 e invólucro metálico (gabinete inflável)

2. Estrutura de composição do painel de distribuição de alta tensão KYN

O painel de distribuição é composto por um corpo fixo e partes removíveis (conhecidas como carrinho).

 

um. Armário
A carcaça e as divisórias do painel elétrico são feitas de chapa de aço-alumínio-zinco. Todo o gabinete apresenta alta precisão, resistência à corrosão e oxidação, além de alta resistência mecânica e um acabamento estético. O gabinete adota uma estrutura pré-fabricada e é conectado com porcas rebitadas e parafusos de alta resistência. Dessa forma, o painel elétrico montado mantém a uniformidade das dimensões.
O painel de distribuição é dividido por divisórias em sala de carrinhos de mão, sala de barramento, sala de cabos e sala de instrumentos de relés, e cada unidade possui aterramento adequado.
Sala do ônibus A
A sala de barramento está localizada na parte superior traseira do painel de distribuição para instalação e organização de barramentos trifásicos de alta tensão CA e para conexão com contatos estáticos através de barramentos de derivação. Todos os barramentos são selados com revestimento plástico e possuem mangas isolantes. Quando o barramento atravessa a divisória do painel de distribuição, ele é fixado com uma bucha de barramento. Caso ocorra um arco elétrico interno, essa bucha limita a propagação do incidente para os painéis adjacentes e garante a resistência mecânica do barramento.

 

Sala do carrinho de mão B (disjuntor)
Na sala do disjuntor, instala-se um trilho guia específico para permitir o deslizamento e a movimentação do carrinho do disjuntor. O carrinho pode se deslocar entre a posição de trabalho e a posição de teste. Uma divisória (armadilha) de contato estático é instalada na parede traseira da sala do carrinho. Quando o carrinho se move da posição de teste para a posição de trabalho, a divisória se abre automaticamente e o carrinho gira na direção oposta para completar o contato estático, garantindo que o operador não entre em contato com o componente carregado.
Os disjuntores podem ser divididos em meios de extinção de arco:
• Disjuntor a óleo. Divide-se em disjuntores com mais óleo e disjuntores com menos óleo. Todos possuem contatos que são abertos e conectados em óleo, sendo o óleo de transformador utilizado como meio de extinção do arco.
• Disjuntor a ar comprimido. Um disjuntor que utiliza ar comprimido de alta pressão para extinguir o arco elétrico.
• Disjuntor SF6. Um disjuntor que utiliza gás SF6 para extinguir o arco elétrico.
• Disjuntor a vácuo. Um disjuntor no qual os contatos são abertos e fechados no vácuo, e o arco é extinto em condições de vácuo.
• Disjuntor gerador de gás sólido. Um disjuntor que utiliza materiais sólidos geradores de gás para extinguir o arco elétrico, decompondo o gás sob a ação da alta temperatura do arco.
• Disjuntor com soprador magnético. Um disjuntor no qual o arco elétrico é soprado para dentro da grade de extinção de arco por um campo magnético no ar, de modo que seja alongado e resfriado para extinguir o arco.

 

De acordo com as diferentes formas de energia operacional utilizadas pelo mecanismo de funcionamento, este pode ser dividido nos seguintes tipos:
Mecanismo manual (CM): Refere-se ao mecanismo de acionamento que utiliza força humana para fechar o freio.
2. Mecanismo eletromagnético (CD): refere-se ao mecanismo de funcionamento que utiliza eletroímãs para fechar.
3. Mecanismo de mola (CT): refere-se a um mecanismo de fechamento por mola que utiliza força humana ou um motor para armazenar energia na mola e efetuar o fechamento.
4. Mecanismo motorizado (CJ): refere-se ao mecanismo de funcionamento que utiliza um motor para fechar e abrir.
5. Mecanismo hidráulico (CY): refere-se ao mecanismo de operação que utiliza óleo de alta pressão para empurrar o pistão, realizando o fechamento e a abertura.
6. Mecanismo pneumático (CQ): refere-se ao mecanismo de funcionamento que utiliza ar comprimido para empurrar o pistão, realizando o fechamento e a abertura.
7. Mecanismo de ímã permanente: Utiliza ímãs permanentes para manter a posição do disjuntor. É um mecanismo de operação eletromagnético, com retenção por ímã permanente e controle eletrônico.

Sala de cabos C
Transformadores de corrente, chaves de aterramento, para-raios (protetores contra sobretensão), cabos e outros equipamentos auxiliares podem ser instalados na sala de cabos, e uma placa de alumínio recortada e removível é preparada na parte inferior para garantir a conveniência da construção no local.

Sala de instrumentos do relé D
O painel da sala de relés está equipado com dispositivos de proteção microcomputadorizados, alavancas de operação, placas de proteção contra sobrepressão nas saídas, medidores, indicadores de status (ou displays de status), etc.; na sala de relés, encontram-se blocos de terminais, interruptores de alimentação CC para o circuito de controle de proteção microcomputadorizado e interruptores de alimentação CC para o funcionamento do circuito de proteção microcomputadorizado, além de interruptores de alimentação para o motor de armazenamento de energia (CC ou CA) e equipamentos secundários com requisitos especiais.

Três posições no carrinho de mão do painel de distribuição

Posição de operação: o disjuntor está conectado ao equipamento primário. Após o fechamento, a energia é transmitida da barra para a linha de transmissão através do disjuntor.

Posição de teste: O plugue secundário pode ser inserido na tomada para obter alimentação. O disjuntor pode ser ligado ou desligado, com a luz indicadora correspondente acesa; O disjuntor não tem conexão com o equipamento principal e pode realizar diversas operações, mas não terá nenhum efeito sobre a carga, por isso é chamado de posição de teste.

Posição de manutenção: não há contato entre o disjuntor e o equipamento primário (barramento), a alimentação de energia foi interrompida (o plugue secundário foi desconectado) e o disjuntor está na posição aberta.

dispositivo de intertravamento do painel elétrico

O painel de distribuição possui um dispositivo de intertravamento confiável para atender aos requisitos de prevenção de cinco falhas e proteger eficazmente a segurança dos operadores e dos equipamentos.

A. A porta da sala de instrumentos está equipada com um botão de aviso ou interruptor de transferência para evitar que o disjuntor feche e interrompa o circuito por engano.

B, com a mão no disjuntor na posição de teste ou de trabalho, o disjuntor pode ser operado, e com o disjuntor fechado, a mão não pode se mover, para evitar que a alavanca seja acionada incorretamente.

C. Somente quando a chave de aterramento estiver na posição aberta, o carrinho do disjuntor poderá ser movido da posição de teste/manutenção para a posição de trabalho. Somente quando o carrinho do disjuntor estiver na posição de teste/manutenção, a chave de aterramento poderá ser acionada. Dessa forma, evita-se o acionamento acidental da chave de aterramento e também evita-se que ela seja acionada indevidamente.

D. Quando a chave de aterramento estiver na posição aberta, a porta inferior e a porta traseira do painel de distribuição não podem ser abertas para evitar curto-circuito acidental.

E, disjuntor na posição de teste ou de trabalho, sem tensão de controle, só pode ser aberto manualmente, não sendo possível fechá-lo.

F. Quando o carrinho do disjuntor está na posição de trabalho, o plugue secundário fica travado e não pode ser removido.

 

G, cada gabinete pode realizar intertravamento elétrico.

H. A conexão entre a linha secundária do equipamento de manobra e a linha secundária do carrinho do disjuntor é feita por meio de um plugue secundário manual. O contato móvel do plugue secundário é conectado ao carrinho do disjuntor através de um tubo termorretrátil corrugado de nylon. O carrinho do disjuntor só pode ser conectado e desconectado na posição de teste. Na posição de operação, devido ao travamento mecânico, o plugue secundário fica travado e não pode ser removido.

3. Procedimento de operação de painéis de alta tensão

Embora o projeto do painel de distribuição garanta a sequência de intertravamento correta das peças, a operação dos equipamentos pelo operador deve seguir rigorosamente os procedimentos e requisitos relacionados, não devendo ser realizada de forma opcional, e muito menos ficar preso em uma operação sem análise prévia, sob pena de danos ao equipamento e até mesmo acidentes.

Procedimento de operação de transmissão de painéis de alta tensão

(1) Feche todas as portas do armário e as placas de vedação traseiras e tranque-as.

(2) Insira a alavanca de operação do interruptor de aterramento no orifício hexagonal no lado inferior direito da porta central, gire-a no sentido anti-horário por cerca de 90° para colocar o interruptor de aterramento na posição aberta, retire a alavanca de operação, a placa de intertravamento no orifício de operação voltará automaticamente, cubra o orifício de operação e a porta traseira do painel de interruptores será travada.

(3) Observe se os instrumentos e sinais da porta do gabinete superior estão normais. Normalmente, a lâmpada de alimentação do dispositivo de proteção do microcomputador está acesa, a lâmpada de posição do teste manual, a luz indicadora de abertura do disjuntor e a luz indicadora de armazenamento de energia também estão acesas. Se todos os indicadores não estiverem acesos, abra a porta do gabinete e confirme se a chave de alimentação do barramento está fechada. Se, mesmo fechada, a luz indicadora ainda não acender, será necessário verificar o circuito de controle.

(4) Insira o pino da manivela do carrinho do disjuntor e pressione-o firmemente. Gire a manivela no sentido horário. Em um disjuntor de 6 kV, gire cerca de 20 voltas. Se a manivela travar, um estalo será audível ao removê-la. Nesse momento, o carrinho estará na posição de trabalho. Um segundo pino estará travado. Passe o cabo pelo disjuntor e observe o sinal correspondente (neste ponto, a luz indicadora de trabalho do carrinho acenderá e a luz indicadora de teste do carrinho se apagará). Observe também que, quando o carrinho estiver na posição de trabalho, a placa de intertravamento no orifício de operação da lâmina de aterramento estará travada e não poderá ser pressionada.

(5) Ao operar o instrumento na porta, ligue o disjuntor, ligue a energia, o indicador vermelho de fechamento do instrumento na porta acenderá simultaneamente, a luz de freio ficará verde, verifique o dispositivo de exibição elétrica, a localização dos pontos mecânicos do disjuntor e outros sinais relacionados, tudo está normal, 6 (operação, interruptor, mostrará a maçaneta no sentido horário até a localização do painel, a maçaneta de operação deve retornar automaticamente à posição predefinida após ser liberada).

(6) se o disjuntor abrir automaticamente após o fechamento ou abrir automaticamente durante a operação, é necessário determinar a causa da falha e eliminar a falha, podendo ser retransmitido de acordo com o procedimento acima.

4. Mecanismo de operação do disjuntor

1. Mecanismo de operação eletromagnética

O mecanismo de operação eletromagnética é uma tecnologia consolidada. Um dos mecanismos de operação de disjuntores mais antigos utiliza uma estrutura simples, com cerca de 120 componentes mecânicos. Ele emprega a força eletromagnética gerada pela corrente na bobina de fechamento para acionar o núcleo da chave, que por sua vez é acionado por um mecanismo de impacto. A energia de fechamento depende diretamente da corrente de comutação, exigindo, portanto, uma corrente de fechamento elevada.

As vantagens do mecanismo de operação eletromagnético são as seguintes:

A estrutura é simples, o trabalho é mais confiável, os requisitos de processamento não são muito altos, a fabricação é fácil e o custo de produção é baixo;

Permite operação por controle remoto e religamento automático;

Possui boas características de velocidade de fechamento e abertura.

As principais desvantagens do mecanismo de operação eletromagnética incluem:

A corrente de fechamento é alta, e a potência consumida pela bobina de fechamento também é alta, o que exige uma fonte de alimentação CC de alta potência.

A corrente de fechamento é alta, e os contatos comuns de relés e chaves auxiliares não atendem aos requisitos. É necessário equipar um contator CC especial, e o contato CC com bobina de supressão de arco é usado para controlar a corrente de fechamento, controlando assim a ação da bobina de fechamento e abertura;

A velocidade de operação do mecanismo de acionamento é baixa, a pressão de contato é pequena, é fácil causar o salto do contato, o tempo de fechamento é longo e a mudança na tensão da fonte de alimentação tem grande influência na velocidade de fechamento;

Custo dos materiais, mecanismo volumoso;

O corpo do disjuntor e o mecanismo de operação de subestações externas geralmente são montados juntos. Esse tipo de disjuntor integrado geralmente possui apenas as funções de acionamento elétrico e manual, não tendo a função manual. Quando ocorre uma falha na caixa do mecanismo de operação e o disjuntor para de fornecer energia, é necessário realizar um procedimento de desligamento do circuito.

2, mecanismo de acionamento por mola

O mecanismo de acionamento por mola é composto por quatro partes: armazenamento de energia da mola, fechamento, fechamento e abertura. O número de peças é maior, cerca de 200, e utiliza a energia armazenada pela mola, através de sua contração e extensão, para controlar o fechamento e a abertura do disjuntor. O armazenamento de energia da mola é realizado pela desaceleração do motor de armazenamento de energia, e a ação de fechamento e abertura do disjuntor é controlada pelas bobinas de fechamento e abertura. Portanto, a energia necessária para a operação de fechamento e abertura do disjuntor depende da energia armazenada pela mola e não está relacionada à intensidade da força eletromagnética, não necessitando, assim, de uma corrente de fechamento e abertura muito alta.

As vantagens do mecanismo de acionamento por mola são as seguintes:

A corrente de abertura e fechamento não é grande, não necessitando de uma fonte de alimentação de alta potência para operação;

Pode ser utilizado para armazenamento remoto de energia elétrica, abertura e fechamento elétricos, bem como para armazenamento local de energia manual, abertura e fechamento manuais. Portanto, também pode ser utilizado para abertura e fechamento manuais quando a alimentação elétrica for interrompida ou o mecanismo de operação falhar. Possui alta velocidade de abertura e fechamento, não é afetado pela variação da tensão da fonte de alimentação e pode religar automaticamente com rapidez.

O motor de armazenamento de energia tem baixo consumo de energia e pode ser usado tanto em corrente alternada (CA) quanto em corrente contínua (CC).

O mecanismo de acionamento por mola permite a transferência de energia de forma otimizada, possibilitando que um único tipo de mecanismo seja utilizado em todos os tipos de disjuntores, independentemente da especificação da corrente de interrupção, bastando escolher a mola de armazenamento de energia mais adequada, o que representa uma boa relação custo-benefício.

As principais desvantagens do mecanismo de acionamento por mola são:

A estrutura é complexa, o processo de fabricação é complexo, a precisão do processamento é alta e o custo de fabricação é relativamente alto;

Grande força operacional, requisitos elevados quanto à resistência dos componentes;

Facilidade em ocorrer falhas mecânicas que impedem o funcionamento do mecanismo, queimam a bobina de fechamento ou o interruptor de deslocamento;

Existe um fenômeno de falso salto, em que, às vezes, o falso salto após a abertura não ocorre no lugar certo, sendo impossível avaliar sua posição combinada;

As características de velocidade de abertura são ruins.

3. Mecanismo de operação com ímã permanente

O mecanismo de operação por ímã permanente adota um novo princípio de funcionamento e estrutura, consistindo em um ímã permanente, bobina de fechamento e bobina de frenagem. Elimina o mecanismo de operação por mola do mecanismo eletromagnético, além de contar com biela, dispositivo de travamento e estrutura simples, com pouquíssimas peças (cerca de 50). Apenas uma peça móvel principal atua, conferindo alta confiabilidade. Utiliza um ímã permanente para manter a posição do disjuntor. Trata-se de um mecanismo de operação eletromagnética, com retenção por ímã permanente e controle eletrônico.

Princípio de funcionamento do mecanismo de operação do ímã permanente: Após o fechamento da bobina, a corrente elétrica gerada no topo do circuito magnético do ímã permanente e o fluxo magnético incidem em direções opostas. A força magnética produzida pela superposição dos dois campos magnéticos faz com que o núcleo se mova para baixo. Após percorrer aproximadamente metade do seu curso, devido à diminuição do entreferro magnético na parte inferior, as linhas do campo magnético do ímã permanente deslocam-se para a parte inferior, alinhando-se com o campo magnético do ímã permanente na mesma direção, o que reduz a velocidade do movimento descendente do núcleo de ferro. Nesse momento, a corrente de fechamento cessa. O ímã permanente utiliza o canal de baixa magnetoimpedância fornecido pelos núcleos de ferro móvel e estático para manter o núcleo de ferro móvel na posição estável de fechamento. Quando a bobina de freio é energizada, ela produz fluxo magnético em direções opostas no circuito magnético e no ímã permanente. A força magnética resultante da superposição dos dois campos magnéticos faz com que o núcleo dinâmico se mova para cima. Após percorrer aproximadamente metade do seu curso, devido à diminuição do entreferro na parte superior do circuito magnético, a força magnética do ímã permanente é transferida para cima. O campo magnético da bobina de freio está na mesma direção que o campo magnético do ímã permanente, acelerando o movimento ascendente do núcleo de ferro móvel. Finalmente, quando a corrente de disparo desaparece, o ímã permanente utiliza o canal de baixa magnetoimpedância fornecido pelos núcleos de ferro móvel e estático para manter o núcleo de ferro móvel em estado estável de abertura.

As vantagens do mecanismo de funcionamento com ímã permanente são as seguintes:

Adota um mecanismo biestável de bobina dupla. O mecanismo de operação de fechamento dos pontos utiliza um ímã permanente para a bobina de fechamento, resolvendo melhor o problema de alta potência na comutação dos pontos. Isso ocorre porque a energia magnética do ímã permanente pode ser usada para a operação de fechamento, reduzindo a energia fornecida pelos pontos à bobina de fechamento e, consequentemente, a necessidade de uma corrente excessiva para o fechamento dos pontos.

Através do movimento ascendente e descendente do núcleo de ferro móvel, que por sua vez atua no braço giratório, a haste isolante age sobre o contato dinâmico da câmara de arco a vácuo do disjuntor, implementando os pontos de interrupção ou realizando a operação. Este método substitui o tradicional travamento mecânico, simplificando significativamente a estrutura mecânica, reduzindo o material, diminuindo os custos e os pontos de falha, além de aumentar consideravelmente a confiabilidade da ação mecânica. Permite a realização de manutenção sem necessidade de reparos, economizando custos de manutenção.

A força magnética permanente do mecanismo de acionamento por ímã permanente praticamente não se dissipa, e sua vida útil chega a 100.000 ciclos. A força eletromagnética é utilizada para as operações de abertura e fechamento, enquanto a força magnética permanente é utilizada para a manutenção da posição biestável, o que simplifica o mecanismo de transmissão e reduz o consumo de energia e o ruído do mecanismo de acionamento. A vida útil do mecanismo de acionamento por ímã permanente é mais de três vezes maior do que a dos mecanismos de acionamento eletromagnético e por mola.

Adota-se um interruptor de proximidade eletrônico sem contato, sem componentes móveis, sem desgaste e sem oscilação, como interruptor auxiliar. Dessa forma, não há problemas de mau contato, o funcionamento é confiável, não é afetado pelo ambiente externo, tem longa vida útil e alta confiabilidade, resolvendo o problema de oscilação de contato.

Adota-se a tecnologia de chaveamento síncrono por cruzamento zero. O contato dinâmico e estático do disjuntor, sob o controle do sistema eletrônico, permite que a forma de onda da tensão do sistema em cada nível, na forma de onda da corrente, passe por zero no momento da interrupção. A corrente de partida e a amplitude da sobretensão são pequenas, reduzindo o impacto na rede e na operação dos equipamentos. Já o mecanismo de operação eletromagnética e o mecanismo de operação por mola são aleatórios, podendo produzir alta corrente de partida e amplitude de sobretensão, com grande impacto nas redes elétricas e nos equipamentos.

O mecanismo de acionamento por ímã permanente permite a operação de abertura e fechamento local/remoto, além de oferecer funções de fechamento e religamento de proteção e abertura manual. Devido à baixa capacidade de potência necessária para a operação, utiliza-se capacitores para a alimentação comutada diretamente. O tempo de carregamento do capacitor é curto, a corrente de carga é baixa e ele possui alta resistência a impactos, permitindo que o disjuntor continue operando normalmente mesmo após uma queda de energia.

As principais desvantagens do mecanismo de funcionamento com ímã permanente são:

Não é possível fechar manualmente; durante a operação, a fonte de alimentação desapareceu, a carga do capacitor se esgotou; se o capacitor não puder ser carregado, a operação de fechamento não poderá ser realizada.

Abertura manual: a velocidade inicial de abertura deve ser suficientemente alta, exigindo bastante força, caso contrário não será possível operá-la;

A qualidade dos capacitores de armazenamento de energia é irregular e difícil de garantir;

É difícil obter a característica ideal de velocidade de abertura;

É difícil aumentar a potência de saída de abertura do mecanismo de operação do ímã permanente.