Análise de falhas e contramedidas de equipamentos de comutação

O que é um painel de distribuição?

O painel de distribuição consiste em um ou mais equipamentos de baixa tensão e componentes relacionados de controle, medição, sinalização, proteção, regulação e outros, sendo o fabricante responsável por todas as conexões elétricas e mecânicas internas, bem como pela montagem completa dos componentes estruturais. A principal função do painel de distribuição é abrir e fechar, controlar e proteger os equipamentos elétricos durante os processos de geração, transmissão, distribuição e conversão de energia elétrica. Os componentes do painel de distribuição incluem principalmente disjuntores, chaves seccionadoras, chaves de carga, mecanismos de operação, indutores e diversos dispositivos de proteção.

Análise de falhas e contramedidas de equipamentos de comutação
Os equipamentos de manobra de 12 a 40,5 kV representam a maior parte dos equipamentos de subestação em um sistema de rede elétrica. Nos últimos anos, acidentes com equipamentos de manobra têm ocorrido com frequência, resultando em perdas econômicas, vítimas e outros impactos sociais negativos.
Os perigos ocultos de acidentes e defeitos inerentes concentram-se principalmente no modo de fiação, na capacidade de dissipação de arco interno, no isolamento interno, no aquecimento e no sistema anti-travamento incorreto, etc. Através da formulação de contramedidas específicas, o número de acidentes em painéis de distribuição e armários de distribuição em anel é significativamente reduzido, e a confiabilidade da operação da rede elétrica é constantemente aprimorada.

1. Problemas ocultos no modo de fiação
1.1. Tipo Perigo Oculto
1.1.1 O dispositivo de proteção contra sobretensão no gabinete da TV está conectado diretamente ao barramento.
De acordo com os requisitos típicos de especificação de projeto, o para-raios de TV deve ser aprovado em relação à conexão do barramento do carrinho de isolamento, ao posicionamento do rack da TV, ao modo de conexão e a vários outros fatores. Alguns para-raios de TV são conectados ao barramento através de um carrinho de isolamento. Quando a TV é reparada, o carrinho de isolamento é removido, mas o para-raios permanece energizado, representando um risco de choque elétrico para os funcionários que o levam para o local. O para-raios no rack da TV possui principalmente as seguintes formas de fiação, conforme mostrado na Figura 2:

O modo de conexão do painel de distribuição está oculto.

1. Modo de fiação um: Para-raios no gabinete da TV e TV instalados no compartimento traseiro, fusível instalado no carro, para-raios conectado diretamente ao barramento, TV através de cabo isolante e conectado ao barramento;
2. Modo de fiação dois: Para-raios do gabinete da TV instalado na sala de distribuição, conectado diretamente à rede elétrica, TV e fusível instalados no carro;
3. Modo de fiação três: Para-raios do gabinete da TV instalado separadamente no compartimento traseiro ou dianteiro, conectado diretamente ao barramento; TV e fusível instalados no veículo.
4, modo de fiação quatro: TV e fusível instalados no compartimento do gabinete fixo da série XGN, para-raios instalado separadamente em outro compartimento, conectado diretamente ao barramento;
5. Modo de fiação cinco: o para-raios, a TV e o fusível são instalados no compartimento traseiro, o para-raios é conectado diretamente ao barramento, a TV é conectada ao barramento através do carro de isolamento;
6. Modo de fiação seis: o para-raios, o fusível e a TV são instalados no mesmo painel elétrico, o para-raios é conectado ao fusível após o estágio.
Essa configuração indica uma fiação incorreta; se o fusível queimar durante o funcionamento, o equipamento perderá a proteção do para-raios.

1.1.2 O gabinete inferior do painel de distribuição não está completamente isolado do gabinete traseiro.
Os painéis inferiores e traseiros de alguns painéis de distribuição da série KYN, como os painéis de distribuição em linha do transformador principal, os painéis de distribuição com acoplamento fêmea e os painéis de distribuição de alimentadores, não são completamente isolados. Quando o pessoal entra nos painéis inferiores, pode tocar acidentalmente na barra ou na parte energizada do conector do cabo, resultando em choque elétrico.
O perigo oculto não está isolado entre o gabinete inferior e o gabinete traseiro do painel elétrico, conforme mostrado na Figura 3:

Figura 3. Não há perigo oculto isolado entre o gabinete inferior e o gabinete traseiro do painel de distribuição.

1.2, contramedidas
O painel elétrico com fiação oculta deve ser reformado.
O diagrama esquemático da transformação do modo de fiação do painel de distribuição é mostrado na Figura 5:

FIG. 5 Diagrama esquemático da transformação do modo de fiação do painel de distribuição

1.2.1 Esquema de reforma técnica para o modo de fiação do para-raios em gabinetes de TV
1. Para o modo de fiação um, remova o para-raios no compartimento. O modo de fiação da TV permanece inalterado, o orifício original na parede da sala de barramento é bloqueado, o para-raios é convertido em um para-raios com fusível no carro de controle manual e o para-raios é conectado em paralelo com o fusível e o circuito da TV.
2. Para o modo de fiação dois, remova o para-raios no compartimento do ônibus, mova o para-raios para o veículo móvel e reinstale-o como um fusível e para-raios, adicione a placa de instalação da caixa de contato inferior, o defletor da caixa de contato e o mecanismo da válvula, instale o TV no compartimento traseiro e conecte-o ao contato inferior do veículo de isolamento através do fio.
Este esquema pode ser implementado no carro manual original, mas também pode considerar a substituição por um carro manual novo.
3. Para o modo de fiação três, remova o para-raios do compartimento original, mova o para-raios para o veículo móvel e reinstale-o como um fusível e para-raios, feche o orifício na parede da sala do ônibus original, adicione a placa de instalação da caixa de contato inferior do veículo manual, o defletor da caixa de contato e o mecanismo da válvula, instale a TV no compartimento traseiro e conecte-a ao contato inferior através do fio condutor.
Este esquema pode ser implementado no carro manual original, mas também pode considerar a substituição por um carro manual novo.

4. Para o modo de fiação quatro, remova o dispositivo de proteção contra sobretensão (para-raios) das outras partes do compartimento, mova o dispositivo de proteção contra sobretensão para as partes do compartimento do fusível e da TV, conecte-o ao interruptor de desconexão e conecte-o em paralelo com o circuito do fusível e da TV.
5. Para o modo de fiação cinco, para-raios, posição de instalação da TV inalterada, o fio original do para-raios é conectado diretamente ao contato do carro de isolamento manual, o barramento original passa pelo orifício na parede.
6. Para o modo de conexão 6, o modo de layout corresponde à conexão incorreta. Uma vez que o fusível se queime durante a operação, o equipamento perderá a proteção do para-raios.
Remova o para-raios e o fusível originais do carro, altere a posição da fiação, conectando o para-raios ao terminal superior do fusível e em paralelo com o fusível e o circuito da TV.

1.2.2 Precauções para isolamento incompleto entre o gabinete inferior e o gabinete traseiro do painel de distribuição
Como a estrutura desse tipo de painel elétrico é fixa, a instalação de uma placa divisória durante a transformação alterará a forma da sua estrutura interna e a distribuição do espaço, comprometendo o desempenho da proteção interna do produto. Portanto, é necessário verificar a manutenção do lado de 10 kV do transformador principal e a manutenção da chave do transformador principal antes de iniciar qualquer trabalho.

2. Capacidade insuficiente de liberação do arco interno
2.1 Tipos de perigos ocultos
Na operação real, os defeitos presentes no próprio painel de distribuição metálico fechado, aliados às más condições de funcionamento causadas pela deterioração do desempenho do isolamento, operação incorreta ou outros fatores, podem provocar falhas de arco interno.
O arco gerado por um curto-circuito possui alta temperatura e grande energia. O próprio arco é um gás plasma muito leve. Sob a ação da energia elétrica e do gás quente, o arco se desloca em alta velocidade dentro do painel, causando a rápida expansão da área da falha.
Neste caso, a gaseificação causa a fusão de materiais isolantes e metais, além de aumento da temperatura e pressão internas do painel elétrico. Se não houver um canal de alívio de pressão adequado projetado ou instalado, a alta pressão pode fazer com que o painel se deforme e quebre placas, portas, dobradiças e janelas, causando deformações e fraturas graves. O arco elétrico gerado pelo ar em alta temperatura também pode deslocar o painel para outras posições, causando queimaduras graves em operadores e pessoal de manutenção próximos.
Até mesmo fatal.
Atualmente, existem alguns problemas, como a ausência de um canal de alívio de pressão, a instalação de um canal de alívio de pressão inadequado, a falta de teste e verificação da capacidade interna de liberação do arco elétrico e a avaliação pouco rigorosa durante os testes.

2.2, contramedidas
[Seleção] O desempenho do arco de falha interno do painel elétrico deve estar no nível IAC, a duração permitida do arco interno não deve ser inferior a 0,5s e a corrente de teste é a corrente nominal de resistência a curto prazo.
Para produtos com corrente nominal de interrupção de curto-circuito acima de 31,5 kA, o teste de arco de falha interna pode ser realizado de acordo com 31,5 kA.
[Modificação] Adicionar ou alterar o canal de alívio de pressão e realizar o teste e verificação do arco interno em estrita conformidade com os requisitos da norma de teste de tipo.
[Proteção] Compressão adequada da diferença de nível de proteção do transformador principal, reduzindo o tempo de falha contínua do arco de falta.

3. Problema de isolamento interno
3.1 Tipo de perigo oculto
Nos últimos anos, o volume de produtos de painéis elétricos foi reduzido, o desempenho de isolamento dos painéis apresentou defeitos e as falhas aumentaram.
Principais características: a distância de subida e o espaço livre no ar são insuficientes, especialmente no painel elétrico. Atualmente, muitos fabricantes, com o objetivo de reduzir o tamanho do painel, diminuem consideravelmente o número de disjuntores instalados, o plugue de isolamento e a distância entre o painel e o solo, mas não tomam medidas eficazes para garantir a resistência do isolamento;
Processo de montagem deficiente: devido à baixa qualidade da montagem, um único componente no painel elétrico pode passar no teste de pressão, mas o painel elétrico inteiro não passa após a montagem;
A capacidade de contato é insuficiente ou o contato é ruim; quando a capacidade de contato é insuficiente ou o contato é ruim, ocorre aumento da temperatura local, diminuição do desempenho do isolamento, causando instabilidade na terra ou na fase;
O fenômeno da condensação, o aquecedor embutido é facilmente danificado, não funciona normalmente, no painel elétrico ocorre condensação, reduzindo o desempenho do isolamento;
Desempenho de isolamento deficiente dos acessórios de suporte.
Para reduzir custos, alguns fabricantes adotam um nível de isolamento inferior nos acessórios de suporte, diminuindo o desempenho geral de isolamento do painel elétrico.

3.2, contramedidas
Não devemos buscar cegamente a miniaturização de equipamentos de manobra. Devemos adquirir equipamentos de manobra adequados de acordo com a situação do projeto, o layout da subestação, a operação e manutenção, a revisão geral dos equipamentos e outros fatores.
Para equipamentos que utilizam ar ou ar/material isolante como meio isolante, a espessura, a resistência do campo elétrico de projeto e o envelhecimento do material isolante devem ser considerados, e o fabricante deve realizar testes de condensação de acordo com os requisitos das normas;
Para componentes como a luva de parede no painel de distribuição e no painel de anel, a válvula mecânica e a curva da barra de distribuição, se a distância de isolamento a ar da rede for inferior a 125 mm (12 kV) e 300 mm (40,5 kV), o condutor deve ser equipado com bainha isolante.
Medidas como chanframento e polimento devem ser tomadas para evitar a distorção do campo elétrico nas partes onde a intensidade do campo está concentrada, como as buchas de entrada e saída, a válvula mecânica e o canto do barramento.
A barra de distribuição no painel suporta alguns equipamentos cuja distância de isolamento não atende às condições de proteção contra incrustações, como garrafas de porcelana. A aplicação de revestimento isolante RTV melhora as condições técnicas de operação dos equipamentos antigos.

4. Defeito febril
4.1 Tipos de perigos ocultos
O ponto de conexão do loop apresenta mau contato, a resistência de contato aumenta, o problema de aquecimento é evidente, como por exemplo, um mau isolamento de contato;
O projeto de ventilação do gabinete com blindagem metálica não é adequado, o ar não circula por convecção, a capacidade de dissipação de calor é baixa e os problemas de aquecimento no gabinete são mais frequentes;
A carcaça da parede, o transformador de corrente e outras estruturas de instalação formam um circuito eletromagnético fechado, resultando em correntes parasitas, o que causa um sério fenômeno de aquecimento do material isolante.
Em painéis elétricos parcialmente fechados com equipamentos a seco (transformadores de corrente fundidos, transformadores de tensão fundidos, transformadores a seco), o diâmetro do fio de enrolamento selecionado é insuficiente, o controle do processo de fundição não é rigoroso, o que facilita danos por superaquecimento.
4.2, contramedidas
Reforçar a dissipação de calor do painel elétrico e instalar um ventilador com exaustor e um ventilador de tiragem induzida;
Em caso de falha de energia, a pressão de contato dos contatos dinâmicos e estáticos deve ser verificada e, se necessário, substituída. Ao mesmo tempo, a mola de contato desgastada deve ser substituída.
Aumentar a pesquisa sobre tecnologia de medição de temperatura dentro do gabinete e aplicar novas tecnologias, como a medição de temperatura sem fio, para resolver o difícil problema da medição de temperatura.

5. A prevenção de erros de bloqueio não é perfeita.
5.1 Riscos potenciais
A maioria dos armários de distribuição está equipada com dispositivo de bloqueio anti-erro, mas seu bloqueio anti-erro abrangente e obrigatório não atende aos requisitos.
Parte da porta traseira do painel elétrico blindado pode ser aberta, sem trava de segurança contra erros, sem dupla proteção de isolamento, e após a abertura, as partes energizadas podem ser tocadas diretamente. Além disso, os parafusos são sextavados comuns, o que facilita o contato acidental com o painel energizado ao abrir a porta.
Parte do transformador principal, fêmea, TV, o transformador e outros interruptores sem interruptor de aterramento, após a porta do gabinete e o interruptor de aterramento não formarem uma trava mecânica, é possível remover o parafuso diretamente para abrir a porta, caso não esteja fechada, pois a porta também pode desligar a energia, facilitando a abertura acidental por parte do pessoal de manutenção, entrando no intervalo elétrico e causando acidente de choque elétrico;
As partes superior e inferior da porta traseira de alguns armários de distribuição elétrica não podem ser trancadas independentemente, sendo a porta superior trancada pela porta inferior.
Ao fechar o interruptor de aterramento da tomada, a trava da porta do armário inferior é removida, permitindo que a porta traseira do armário seja aberta, o que pode facilmente causar um acidente de choque elétrico.
Como, por exemplo, o painel de distribuição KYN28;
Após a remoção de alguns carrinhos de manuseio de painéis elétricos, o bloco de isolamento pode ser facilmente empurrado para cima. Sem a devida prevenção de travamento acidental, o corpo energizado fica exposto e o operador corre o risco de abrir acidentalmente a válvula de proteção contra contato estático do painel, podendo sofrer um choque elétrico.

5.2, contramedidas
Como a função anti-erro do painel elétrico não é perfeita, a parte traseira da porta do painel pode ser aberta e, ao ser aberta, pode entrar em contato direto com as partes energizadas do painel de alta tensão onde está instalado o cadeado mecânico, configure o bloqueio por meio de um programa anti-erro no computador;
Instale um sistema de intertravamento entre o interruptor de aterramento e a porta traseira do painel elétrico, como nos modelos GG1A e XGN, e instale um dispositivo de exibição de estado energizado para bloquear a operação do interruptor de aterramento.
Verifique regularmente a confiabilidade do dispositivo anti-erro e, em caso de falha de energia, verifique o dispositivo de travamento mecânico entre o carrinho e a chave de aterramento, bem como entre a chave de desconexão e a chave de aterramento.

6, o conclusivo
Os equipamentos de painéis elétricos são componentes primários importantes de subestações na rede elétrica. Para garantir sua operação estável, o controle deve ser reforçado em todos os aspectos, como projeto, materiais, processos, testes, seleção de tipo, operação e manutenção.
Em estrita conformidade com os requisitos típicos de projeto, combinados com as normas nacionais e industriais, são apresentados requisitos técnicos de projeto que eliminam fundamentalmente os riscos ocultos na fiação;
De acordo com as normas nacionais e industriais, bem como com as medidas de prevenção de acidentes, devem ser formulados requisitos rigorosos para os documentos de licitação de equipamentos, a fim de evitar que produtos não qualificados entrem em operação na rede;
Reforçar a supervisão da produção no local, acompanhar rigorosamente os pontos-chave da produção e os testes de fábrica, e proibir terminantemente que produtos não conformes saiam da fábrica;
Implementar ativamente a gestão de defeitos em painéis elétricos, reforçando a aplicação de medidas de prevenção de acidentes;
Aprimorar a função anti-erro do painel elétrico, fortalecer a gestão do dispositivo de bloqueio anti-erro, instalar o dispositivo de exibição em tempo real e cooperar com o sistema de “cinco medidas de prevenção” para garantir o bloqueio anti-erro abrangente e obrigatório.