Introdução aos equipamentos de comutação

O termo "painel de distribuição" refere-se a um conjunto completo de dispositivos de distribuição de energia, montado a partir de equipamentos primários e secundários, de acordo com um projeto específico, utilizado principalmente para controlar e proteger circuitos e equipamentos. Os painéis de distribuição podem ser divididos em painéis de alta tensão (tipo fixo e tipo carrinho) e painéis de baixa tensão (tipo fixo e tipo gaveta), de acordo com os níveis de tensão das linhas de entrada e saída.
A estrutura dos painéis de alta tensão é basicamente a mesma, dividindo-se em sala de barramento, sala de disjuntores, sala de controle secundário (sala de instrumentos) e sala de alimentadores. Em geral, há uma barreira de aço entre cada sala. Os painéis de baixa tensão são classificados principalmente de acordo com o método de instalação dos componentes.

Painel de distribuição de alta tensão blindado KYN28A-12 com montagem central

Armário de comutação fixa de baixa tensão GGD

Painel de distribuição extraível de baixa tensão MNS

KYN61-40.5 Painel de distribuição blindado removível com invólucro metálico

Armário de distribuição de baixa tensão GCK

Os componentes internos incluem: barramento (barra de distribuição), disjuntor, relé convencional, dispositivo de proteção de relé integrado, instrumento de medição, faca de isolamento, luz indicadora, faca de aterramento, etc.

1. O painel de entrada de energia também é chamado de painel receptor de energia. É um dispositivo usado para receber energia elétrica da rede elétrica (da linha de entrada para a barra de distribuição). Geralmente, é equipado com disjuntores, transformadores de corrente (TCs), transformadores de potencial (TPs), facas de isolamento e outros componentes.

2. Os armários de distribuição também são chamados de armários alimentadores ou armários de distribuição de energia. São equipamentos usados ​​para distribuir energia elétrica (do barramento para cada linha de saída) e geralmente são equipados com disjuntores, transformadores de corrente (TCs), transformadores de potencial (TPs), facas de isolamento e outros componentes.

3. Conexão de ônibus
Também é chamado de painel de disjuntores de barramento. É um dispositivo usado para conectar duas seções de barramento (de barramento a barramento). A conexão de barramento é frequentemente usada em sistemas de barramento simples e duplo para atender aos requisitos ou garantias dos usuários na escolha de diferentes modos de operação. Permite a remoção seletiva de carga em caso de falha.

4. O gabinete do transformador de potencial (TP) é geralmente instalado diretamente na barra de distribuição para detectar a tensão da barra e realizar a função de proteção. Nele, são instalados principalmente o transformador de potencial (TP), faca de isolamento, fusível e para-raios, etc.

5. O painel de isolamento é utilizado para isolar as barras de distribuição em ambas as extremidades ou para isolar o equipamento de recepção de energia do equipamento de alimentação. Ele pode fornecer um ponto final visível para o operador, facilitando as operações de manutenção e reparo. Como o painel de isolamento não possui a capacidade de interromper e ligar a corrente de carga, o carrinho de transporte do painel de isolamento não pode ser empurrado ou puxado quando o disjuntor correspondente estiver fechado. Em aplicações gerais, é necessário configurar o intertravamento entre o contato auxiliar do disjuntor e o carrinho de transporte isolado para evitar operação incorreta pelo operador.

6. O painel de capacitores, também chamado de painel de compensação, é utilizado para melhorar o fator de potência da rede elétrica ou para compensação de potência reativa. Os principais componentes são grupos de bancos de capacitores, circuitos de controle de chaveamento e fusíveis conectados em paralelo. Protege os equipamentos elétricos. Geralmente, é instalado em paralelo com o painel de entrada, podendo operar um ou mais painéis de capacitores em paralelo. Após o painel de capacitores ser desconectado da rede elétrica, como o banco de capacitores leva um tempo para completar o processo de descarga, não é permitido tocar diretamente nos componentes do painel, especialmente no banco de capacitores; dentro de um determinado período após o desligamento da energia (que depende da capacidade do banco de capacitores, por exemplo, 1 minuto), não é permitido religar o painel para evitar danos por sobretensão aos capacitores. Ao executar funções de controle automático, deve-se atentar para a alocação adequada dos tempos de chaveamento de cada grupo de bancos de capacitores para evitar danos a um grupo de capacitores enquanto outros grupos são ligados e desligados com pouca frequência.

7. Armário de medição

Utilizado principalmente para medir energia elétrica (kWh), e dividido em alta e baixa tensão, geralmente instalado com chave seccionadora, fusível, TC, TP, medidor de energia ativa (medidor tradicional ou digital), medidores de energia reativa, relés e alguns outros equipamentos auxiliares secundários (como monitores de carga, etc.).
8. O gabinete GIS, também chamado de gabinete elétrico combinado fechado, é uma combinação fechada de disjuntores, seccionadores, chaves de aterramento, TC, TP, para-raios, barramentos, etc., em uma carcaça metálica. Um gás com bom isolamento e capacidade de extinção de arco (geralmente o hexafluoreto de enxofre SF6) é usado como medida de isolamento entre as fases e o terra, sendo adequado para redes de energia de alta tensão e alta capacidade, usado para distribuição e controle de energia.
9. Quando o disjuntor está funcionando normalmente, ele se encontra no estado fechado (exceto em aplicações especiais) e o circuito está conectado. Ao realizar operações de controle automático ou de proteção, o disjuntor pode operar sob o controle do dispositivo de proteção abrangente para interromper ou conectar o circuito. O disjuntor não só pode ligar e desligar a corrente de carga normal, como também suportar uma corrente de curto-circuito por um determinado período de tempo (várias ou até dezenas de vezes a corrente de trabalho normal), interrompendo a corrente de curto-circuito e desligando circuitos e equipamentos defeituosos. Portanto, a principal função do disjuntor é interromper e conectar o circuito (incluindo a interrupção e conexão da corrente normal e a interrupção da corrente de curto-circuito). Isso ocorre porque, no processo de interrupção e conexão do circuito, um arco elétrico é inevitavelmente gerado entre o contato móvel e o contato estático do disjuntor. Para proteger os contatos, reduzir a perda de material de contato e interromper o circuito de forma confiável, medidas devem ser tomadas para extinguir o arco o mais rápido possível. Uma das técnicas consiste em utilizar diferentes fluidos extintores de arco para preencher os contatos dinâmicos e estáticos do disjuntor. De acordo com o fluido extintor, os disjuntores podem ser classificados em: disjuntores a óleo (com maior ou menor quantidade de óleo), disjuntores a hexafluoreto de enxofre (SF6), disjuntores a vácuo, disjuntores a ar, etc. O principal equipamento primário em painéis de alta e baixa tensão com o qual frequentemente interagimos em projetos é o disjuntor. Como os contatos dinâmicos e estáticos do disjuntor geralmente são envolvidos por um recipiente preenchido com fluido extintor de arco, o estado de abertura e fechamento do disjuntor não pode ser determinado diretamente, sendo geralmente indicado por dispositivos auxiliares do disjuntor (como indicadores de posição de abertura e fechamento, etc.).

10. Faca de isolamento

A faca de isolamento (ou chave seccionadora) permite identificar a conexão ou desconexão através de uma ruptura visível. É utilizada principalmente para isolar a alimentação de alta tensão, garantindo a segurança das linhas e equipamentos. A corrente que pode ser interrompida é muito pequena (geralmente apenas alguns amperes). Como não possui um dispositivo específico para extinção de arco, não pode ser utilizada para interromper correntes de falha e correntes de operação normais simultaneamente, e não é permitido realizar a interrupção com carga.

11. Fusível

Um fusível é um dispositivo elétrico simples de proteção de circuito. Seu princípio de funcionamento é o seguinte: quando a corrente que o atravessa atinge ou ultrapassa um determinado valor por um certo período de tempo, seu núcleo fundido se desprende e interrompe o circuito. Seu princípio de funcionamento é simples, fácil de instalar e geralmente não é usado sozinho, sendo empregado principalmente em conjunto com outros dispositivos elétricos. Principais características de funcionamento: Primeiro, a corrente deve atingir um determinado valor, predefinido antes da saída do fusível da fábrica e imutável; segundo, um determinado tempo deve transcorrer após a corrente atingir um valor específico, também predefinido pelo fabricante e imutável. Existem diversos tipos, incluindo fusíveis de ação retardada, ação rápida, ação ultrarrápida, etc.; terceiro, o corpo do fusível se danifica após a sua atuação, tornando-o inutilizável e obrigando a sua substituição; a queima do fusível pode ser verificada pelo indicador de fusível ou pela presença de derretimento; fusíveis e tubos de segurança comuns pertencem a esta categoria de dispositivos elétricos.

12. Interruptor de carga
O interruptor de carga possui um dispositivo simples de extinção de arco. O meio de extinção do arco é geralmente o ar, que pode interromper certas correntes e sobrecorrentes, mas não pode interromper correntes de curto-circuito e não pode ser usado para cortar falhas de curto-circuito. Portanto, não é permitido usar um interruptor de carga simplesmente para substituir um disjuntor; se um interruptor de carga for usado, ele deve ser usado em conjunto com o fusível de alta tensão mencionado anteriormente (na verdade, fusível e interruptor de carga são frequentemente usados ​​em série para proteção simples contra sobrecarga, a fim de reduzir o custo do projeto). O interruptor de carga é semelhante a uma faca de isolamento, e há uma lacuna de desconexão visível, permitindo determinar facilmente se o circuito está ligado ou desligado.

13. Transformador

Em termos simples, um transformador é um dispositivo que utiliza campos eletromagnéticos alternados para converter diferentes níveis de tensão (na verdade, a conversão de energia elétrica), sendo que a tensão antes e depois da conversão não sofre alteração de frequência. De acordo com sua aplicação, podem ser classificados em diversos tipos, como transformadores de potência, transformadores retificadores, reguladores de tensão, transformadores de isolamento, e transformadores de corrente (TC), transformadores de potencial (TP), etc. O que encontramos com frequência em obras é o transformador de potência.
Alguns dos principais parâmetros técnicos relacionados ao transformador incluem: ① Capacidade nominal: refere-se à capacidade de saída nominal do transformador em condições nominais de operação (igual a U×I, em kVA); ② Tensão nominal: tensão em vazio, tensão nominal de derivação e tensão terminal; ③ Perda em vazio: perda do transformador em condição de vazio (também chamada de perda no ferro); ④ Corrente em vazio: corrente que flui através da bobina primária em condição de vazio; ⑤ Perda por curto-circuito: perda causada pela corrente nominal no lado primário e curto-circuito no secundário (causada principalmente pela resistência da bobina); ⑥ Conceito de derivação (tap): Para atender às necessidades de operação da rede elétrica, o lado de alta tensão do transformador geral possui derivações, e os valores de tensão dessas derivações são expressos como uma porcentagem da tensão nominal, sendo denominadas tensões de derivação. Por exemplo, um transformador de alta tensão de 10 kV possui uma derivação de ±5%, o que significa que ele pode operar em três níveis de tensão: 10,5 kV (+5%), 10 kV (nominal) e 9,5 kV (-5%). De modo geral, o número de derivações (pontos de derivação) de um transformador com derivação sob carga é maior, como 7 derivações (±3 × 2,5%) e 9 derivações (±4 × 2%). Como a comutação síncrona do comutador de derivações não pode ser totalmente garantida, os transformadores com derivação sob carga geralmente não podem operar em paralelo. ⑦ Carga ativa: a carga que gera energia mecânica ou térmica no sistema elétrico. Já as cargas puramente resistivas consomem apenas potência ativa, como aquecimento elétrico, fornos elétricos, iluminação e outras cargas elétricas, que são cargas totalmente ativas. As cargas de motores assíncronos e síncronos consomem tanto potência ativa quanto reativa. Nesses casos, a parte que gera energia mecânica por meio do trabalho é considerada uma carga ativa. A carga ativa deve ser suprida pela potência ativa do gerador. ⑧ Carga de potência reativa: a parte da carga elétrica que não realiza trabalho. A potência reativa é consumida apenas em cargas indutivas, como transformadores, motores, condicionadores de ar, refrigeradores, etc. Portanto, embora o gerador produza potência ativa, ele também precisa fornecer potência reativa. Quando a potência reativa não for suficiente para atender à rede, a tensão do sistema cairá. Para atender às necessidades dos usuários, um compensador de potência reativa deve ser instalado na subestação para manter o equilíbrio da potência reativa, de modo que o nível de tensão possa ser mantido. ⑨ Reserva de emergência: um dos componentes da capacidade de reserva no sistema de energia. Como os equipamentos de geração de energia podem apresentar falhas temporárias ou permanentes que afetam o fornecimento de energia, o sistema deve ser equipado com um certo número de fontes de energia de reserva para emergências, a fim de garantir a segurança das instalações elétricas. ⑩ Desmontagem do sistema: Para evitar a perda de sincronismo do sistema e a expansão de acidentes, o sistema de energia será completamente desmontado em vários sistemas independentes que não operam mais de forma síncrona. Alguns sistemas locais podem sofrer com a falta de energia após a remoção da carga, bem como com a queda de frequência e tensão; portanto, parte da carga precisa ser removida para evitar danos à estabilidade de todo o sistema.