Disjuntores SF6: diretrizes de seleção e regras de conexão

O princípio de funcionamento dos mecanismos de acionamento

O atuador pneumático funciona pela pressão do ar comprimido movendo-se de uma câmara para outra, acionando pistões, que acabam por aplicar pressão na haste de isolamento. O impulso inicial de comando é transmitido aos eletroímãs (ligando ou desligando), que, ao aspirar os núcleos, abrem o acesso de ar comprimido às câmaras dos pistões.

O acionamento hidráulico funciona devido à pressão do fluido criada pela estação de bombeamento de baixa potência. O controle ocorre por meio de um sinal hidráulico (aumento de pressão). Assim, são acionadas uma série de válvulas, que transmitem movimento à haste isolante, que por sua vez aciona o contato móvel do disjuntor SF6.O movimento reverso do mecanismo é realizado reduzindo a pressão do fluido.

O acionamento por mola tem o esquema de operação mais simples, baseado nas propriedades da mola. A operação de tal dispositivo é baseada puramente em componentes mecânicos. Mola poderosa fixa com certos parâmetros compressão. Com a ajuda da alavanca de controle, a fixação é removida e a mola, desapertando, coloca a haste em movimento. Alguns mecanismos são complementados com sistemas hidráulicos para uma fixação mais confiável.

Construção de disjuntores SF6

A capacidade de extinção de arco do gás SF6 é mais eficaz em alta velocidade de seu jato em relação ao arco de queima. São possíveis as seguintes execuções de controle remoto com gás SF6:
1) com sopro autopneumático. A queda de pressão necessária para soprar é gerada pela energia de acionamento;
2) com o resfriamento do arco pelo SF6 durante seu movimento, causado pela interação da corrente com o campo magnético.
3) com extinção de arco devido ao fluxo de gás do tanque de alta pressão para o tanque de baixa pressão (pressostatos duplos).
Atualmente, o primeiro método é amplamente utilizado. Um dispositivo de extinção de arco com explosão forçada autopneumática é mostrado na fig. 22. Ele está localizado em um tanque selado com uma pressão de gás SF6 de 0,2–0,28 MPa. Neste caso, é possível obter a resistência elétrica necessária do isolamento interno. Quando desconectado, ocorre um arco entre os contatos fixo 1 e móvel 2. Juntamente com o contato móvel 2, quando desconectado, o bico de PTFE 3, a divisória 5 e o cilindro 6 se movem. Como o pistão 4 está parado, o gás SF6 é comprimido e seu fluxo, passando pelo bico, lava o arco longitudinalmente e garante a sua extinção eficaz.

Arroz. 22.Esquema do dispositivo de extinção de arco do disjuntor SF6 com explosão autopneumática
Arroz. 23. Câmara de arco do disjuntor SF6

Para o quadro, foi desenvolvido um disjuntor SF6 com tensão nominal de 110 e 220 kV, corrente nominal de 2 kA e corrente nominal de interrupção de 40 kA. Tempo de desligamento 0,065, tempo de ligação 0,08 s, pressão nominal SF6 0,55 MPa, acionamento pneumático com pressão de ar 2 MPa.
Câmara de controle remoto do disjuntor 220 kV SF6 com dois quebras por pólo mostrado na fig. 23. Quando o disjuntor é ligado, o cilindro 1, juntamente com os contatos principais 2 e arco 3 associados a ele, move-se para a direita. Nesse caso, o tubo 2 entra no soquete 5 e o soquete 3 é conectado ao contato 4. O bocal de fluoroplástico 6 também se move para a direita e se move para o contato tubular oco 4. O gás SF6 é sugado para a cavidade A e o gás SF6 é deslocado da cavidade B.

Quando desligado, o cilindro 1 e o tubo 7 se movem para a esquerda. Primeiro, os contatos principais (2, 5) divergem, depois os contatos de arco (3, 4). No momento da abertura dos contatos 3 e 4, ocorre um arco, que é submetido ao sopro de gás. O pistão 10 permanece estacionário. Na área A, forma-se um gás comprimido, e na área B, rarefeito. Como resultado, o gás flui da região A através do contato oco 7 para a região B através dos orifícios 8 e 9 sob a ação da diferença de pressão pl—(—Pb). Uma grande queda de pressão permite obter a velocidade de sopro do arco necessária (crítica). Em condições severas de desligamento (curto-circuito não remoto), o arco também se extingue devido ao seu resfriamento no bocal 6 após sair do contato 4.
Arroz. 24. O dispositivo do disjuntor SF6 para tensão 220 kV

Na fig.24 mostra a disposição básica de um disjuntor SF6 para KRUE-220 para uma tensão de 220 kV. O contato fixo do disjuntor 1 é fixado ao tanque do disjuntor em um isolador fundido 2. O disjuntor possui dois PS 3 e 4 conectados em série através da carcaça 11. A distribuição uniforme de tensão sobre o PS é assegurada por cerâmica capacitores 6. Para eliminar corona, o PS é coberto com telas 5. Os cilindros 3 e 4 são acionados no movimento da haste isolante 8 Através do mecanismo de alavanca 7. O acionamento e desligamento do disjuntor é realizado por acionamento pneumático. O disjuntor é preenchido com SF6 a uma pressão de 0,55 MPa. Os contatos fixos da chave 1 são retirados do tanque através de um isolante selado 9 e 10, o que significa a transição da cavidade da chave preenchida com gás SF6 para a cavidade do quadro completo, também preenchido com gás SF6 (PRUE ). Aqui 9 é uma divisória isolante, 10 é um contato plug-in do tipo soquete. Esse isolador permite armazenar gás SF6 no disjuntor quando ele é desconectado do quadro.
O disjuntor SF6 descrito possui alto desempenho técnico e permite uma interrupção de 20 vezes da corrente de curto-circuito de um valor limite de 40 kA sem revisões. O vazamento de gás SF6 do tanque não excede 1% ao ano. A vida útil do disjuntor antes da revisão é de 10 anos. DD com uma tensão nominal de 220 kV por interrupção e uma corrente de disparo de 40 kA em uma taxa de recuperação de alta tensão foram desenvolvidos. Protótipos de disjuntores SF6 permitem uma corrente de interrupção de até 100 kA na tensão de interrupção de 245 kV e uma corrente de 40 kA na tensão de interrupção de até 362 kV. Os disjuntores SF6 são os mais promissores para tensões acima de 35 kV e podem ser criados em tensão 800 kV e acima.

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Princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento dos disjuntores a ar baseia-se na extinção de um arco elétrico que surge quando a carga se rompe. Este processo pode ocorrer em dois tipos de movimento do ar:

1. Longitudinal;
2. Transversal.

Um disjuntor a ar pode ter várias rupturas de contato, e isso depende da classificação de tensão para a qual ele é classificado. Para facilitar a extinção de tipos de arcos particularmente grandes, um resistor de derivação é conectado aos contatos de arco. Os disjuntores pneumáticos automáticos que operam com o princípio de extinção de arco em câmaras convencionais não possuem tais elementos sem a presença de ar comprimido. Sua câmara de extinção de arco consiste em divisórias que quebram o arco em pequenas partes e, portanto, não se inflama e se apaga rapidamente. Neste artigo, falaremos mais sobre a operação de chaves de alta tensão (acima de 1000 Volts) que não são equipadas com built-in, mas possuem controle no circuito em que as proteções do relé são introduzidas.

O princípio de operação de um disjuntor de alta tensão com ar comprimido difere um do outro nas características de design e, em particular, com e sem separador.

Nas chaves equipadas com separadores, os contatos de potência são conectados a pistões especiais e formam um mecanismo de pistão de contato. O separador é conectado em série aos contatos de extinção de arco. Ou seja, um separador com contatos de arco forma um polo do disjuntor. Na posição fechada, os contatos de arco e o separador estão no mesmo estado fechado. Quando um sinal de desligamento é dado, uma válvula pneumática mecânica é acionada, que por sua vez abre o atuador pneumático, enquanto o ar do expansor atua nos contatos de extinção de arco.O expansor, aliás, também é chamado de receptor por especialistas. Nesse caso, os contatos de potência se abrem e o arco resultante é extinto por uma corrente de ar comprimido. Depois disso, o próprio separador é desligado, interrompendo a corrente que permanece. O suprimento de ar deve ser ajustado com precisão para que seja suficiente para a extinção segura do arco. Após a interrupção do fornecimento de ar, os contatos de arco assumem a posição ligada e o circuito é interrompido apenas por um disjuntor aberto. Portanto, ao trabalhar em instalações elétricas alimentadas por tais interruptores, é imperativo abrir os seccionadores para um trabalho seguro. Um desligamento do interruptor pneumático não é suficiente! Na maioria das vezes, em circuitos de até 35 kV, é usado um design com separadores abertos e, se a tensão na qual o interruptor opera for maior, os separadores já são feitos na forma de câmaras especiais cheias de ar. Switches com separador, por exemplo, foram produzidos na União Soviética sob a marca VVG-20.

Se o interruptor de ar de alta tensão não tiver um separador, seus contatos de arco também desempenham o papel de interromper o circuito e extinguir o arco resultante. O acionamento neles é separado do meio em que ocorre o amortecimento, e os contatos podem ter um ou até dois estágios de operação.

Características de manutenção e operação

Durante a operação de tais dispositivos de comutação em quadros externos (comutadores abertos), deve-se levar em consideração que o condensado pode se acumular nos armários de distribuição, o que leva à corrosão dos sistemas do mecanismo, bem como dos circuitos secundários de controle e sinalização. Para isso, o fabricante fornece resistores de aquecimento dentro dos gabinetes que funcionam constantemente.

Todas as ações para ligar ou desligar os dispositivos só são possíveis se a pressão do gás não for inferior à permitida; se isso for negligenciado, há uma alta probabilidade de danos e falhas de um interruptor relativamente caro. Para isso, deve ser configurado um alarme de pressão mínima, bem como o bloqueio dos circuitos de controle.

Se o pessoal perceber que a pressão caiu, o dispositivo deve ser retirado para reparo e a busca dos motivos da diminuição desse indicador vital deve ser iniciada. Naturalmente, sua retirada do trabalho deve ser realizada com todos os requisitos de segurança necessários para esta instalação elétrica e estabelecidos nas instruções locais.

Para controlar a pressão, deve haver um manômetro de trabalho e, após eliminar o vazamento de gás, vale a pena complementá-lo através de uma conexão especial, localizada dentro do mecanismo de acionamento.

A inspeção dos disjuntores SF6 é realizada diariamente, bem como uma vez a cada duas semanas à noite

Em clima úmido e úmido, você precisa prestar atenção à ocorrência de coroação elétrica. Se o valor da corrente desconectada for o máximo permitido (durante os curtos-circuitos), a manutenção da qualidade deve ser garantida

O número de desligamentos, planejados e emergenciais, é registrado em logs especialmente destinados a essas necessidades.

Apesar das deficiências existentes, o disjuntor SF6 tem seus pontos fortes, portanto, é um substituto digno não apenas para óleo, mas também para disjuntores pneumáticos de alta tensão.

Vantagens e desvantagens

Existem poucas vantagens de tais dispositivos desatualizados, aqui estão as principais:

1. Devido ao uso de longa data, há muita experiência em operação e reparo;
2. Ao contrário de outras contrapartes mais modernas (especialmente SF6), esses switches podem ser reparados.

Entre as deficiências, destaco as seguintes:

1. Disponibilidade de equipamentos pneumáticos adicionais ou compressores para operação;
2. Aumento do ruído durante o desligamento, especialmente durante os modos de curto-circuito de emergência;
3. Grandes dimensões não modernas, o que provoca um aumento do território destinado aos quadros exteriores;
4. Eles têm medo de ar úmido e poeira. Portanto, medidas adicionais são tomadas para sistemas de ar, equipamentos são instalados com o objetivo de reduzir esses fatores prejudiciais.

2.4.5 SF6 e o ​​meio ambiente

As substâncias que poluem a atmosfera resultantes das atividades humanas são divididas em duas categorias de acordo com o impacto que causam:
— destruição do ozônio estratosférico (buracos na camada de ozônio);
- aquecimento global (efeito estufa).
O SF6 tem pouco efeito na destruição do ozônio estratosférico, pois não contém cloro, que é o principal reagente na catálise do ozônio, nem no efeito estufa, pois suas quantidades presentes na atmosfera são desprezíveis (IEC 1634 (1995)).
O uso de gás SF6 em quadros de distribuição para todas as condições de operação trouxe benefícios em termos de desempenho, tamanho, peso, custo total e confiabilidade. O custo de compra e operação, que inclui os custos de manutenção, pode ser significativamente menor do que o custo do equipamento de comutação legado.
Muitos anos de experiência operacional mostram que o SF6 não representa nenhum perigo para o pessoal de operação ou para o meio ambiente, desde que sejam observadas as regras elementares para o manuseio e operação do equipamento de SF6.

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Princípio de funcionamento

A operação do interruptor é baseada no princípio de extinção de um arco elétrico por um fluxo de alta velocidade de uma mistura de ar comprimido fornecida aos canais de explosão. Sob a influência do fluxo de ar, a coluna de descarga é esticada e direcionada para os canais de explosão, onde é finalmente extinta.

Os projetos das calhas de arco diferem tanto no arranjo mútuo dos dutos de ar quanto nos contatos de interrupção. Com base nisso, os seguintes esquemas de explosão:

1. Sopro longitudinal através de um canal de metal.
2. Sopro longitudinal através do canal isolante.
3. Purga simétrica de dupla face.
4. Bilateral assimétrico.

Esquemas de sopro Das opções apresentadas, a última é a mais eficaz.

Classificação e tipos de disjuntores de ar

Os interruptores de potência, incluindo os pneumáticos, são classificados principalmente de acordo com o tipo de construção e finalidade, após o que já são consideradas as características técnicas. Vamos começar com um critério de classificação mais prioritário.

Por nomeação

Dependendo da finalidade, os interruptores de ar são divididos nos seguintes tipos:

• Grupo de rede, inclui dispositivos eletromecânicos, com tensão nominal a partir de 6,0 kV. Eles podem ser usados ​​tanto para comutação operacional de circuitos quanto para desligamento de emergência, por exemplo, em caso de curto-circuito.
• grupo gerador. Inclui dispositivos elétricos projetados para 6,0-20,0 kV. Esses dispositivos podem comutar o circuito, tanto em condições normais quanto em caso de curto-circuito ou presença de correntes de inrush.
• Categoria para trabalhos com consumidores intensivos em energia (arco, minério-térmico, fornos de fundição de aço, etc.).
• Grupo de Propósito Específico. Inclui as seguintes subespécies:

1. Chaves pneumáticas da categoria de ultra-alta tensão, usadas para conectar reatores de derivação às linhas de energia se ocorrer uma sobretensão na linha.
2. Disjuntores com geradores de choque (usados ​​em testes de bancada), projetados para comutação em operação normal e em situações de emergência.
3. Dispositivos em circuitos de 110,0-500,0 kV, proporcionando passagem, tanto em condições normais de operação, quanto por um certo tempo durante curto-circuito.
4. Interruptores de ar incluídos no kit de comutação.

Por design

As características de design dos interruptores determinam seu tipo de instalação. Dependendo disso, os seguintes tipos de dispositivos são distinguidos:

• Incluído no kit para o quadro (integrado).
• Roll-outs de células de quadro equipadas com dispositivos especiais são do tipo roll-out.

  Disjuntor de ar extraível Metasol

• Execução de parede. Dispositivos instalados em paredes em um quadro do tipo fechado.
• Suspenso e de apoio (diferem no tipo de isolamento ao "terra").

Os disjuntores moral e fisicamente obsoletos que estão em operação criam muitos problemas.

De acordo com a RAO UES, 15% de todos os disjuntores de alta tensão não atendem às condições de operação; desgaste dos equipamentos da subestação excede 50%. Mais de um terço dos disjuntores de ar de 330-750 kV, que formam a base do equipamento de comutação das redes de energia intersistema, tem uma vida útil de mais de 20 ou até 30 anos. Uma situação semelhante é com equipamentos de comutação para uma tensão de 110-220 kV.

Os disjuntores desatualizados e seus sistemas de suporte exigem altos custos de manutenção.

Até 2010, nenhuma alternativa aos disjuntores a SF6 e a vácuo pode ser vista no mercado mundial.Portanto, o trabalho continua a melhorá-los.

É utilizada uma combinação do método autopneumático de extinção e o método de autogeração de pressão em disjuntores de SF6, que se tornou difundido nos últimos anos. Isso reduz o consumo de energia do acionamento e possibilita o uso de um acionamento de mola econômico e confiável para disjuntores SF6 com tensão de 245 kV e acima.

Aumentar a eficiência da extinção do arco permite aumentar a tensão por interrupção do disjuntor até 360-550 kV.

Estão em andamento trabalhos para melhorar ainda mais os sistemas de contato do VDC, para buscar a distribuição ideal do campo magnético para amortecimento efetivo do arco de vácuo e redução do diâmetro das câmaras. O trabalho continua na criação de VDC para uma tensão de mais de 35 kV (110 kV e acima) para disjuntores a vácuo de alta tensão.

O equipamento de vácuo está começando a ser usado em baixa tensão (1140 V e abaixo), e não apenas na forma de contatores, mas também interruptores e dispositivos de controle.

O trabalho está em andamento para substituir o SF6 por uma mistura dele com outros gases, bem como para usar outros gases.

O nível de desenvolvimento dos equipamentos de SF6 e vácuo atende basicamente aos requisitos do consumidor.

Abastecimento de hoje no mercado externo russo de equipamentos isolados a gás excede significativamente o volume de vendas de dispositivos domésticos. Está se tornando cada vez mais difícil para os fabricantes russos competir com os estrangeiros devido ao atraso tecnológico e à falta de fundos para reequipamento técnico.

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Area de aplicação

O transformador de tensão SF6 é utilizado em várias subestações elétricas. O dispositivo é capaz de transmitir um sinal para instrumentos de medição, componentes de proteção do quadro. Os transformadores SF6 são conectados a uma rede trifásica (industrial). Sua tarefa é transformar a corrente alternada de 50 Hz. A instalação é permitida em zonas climáticas médias e moderadamente frias.

A operação de transformadores à base de isolação SF6 é possível em quase todos os ramos da atividade industrial humana. A operação do equipamento permite transmitir o sinal processado para instrumentos de medição, segurança, sistemas de proteção. A instalação é usada para garantir o funcionamento de vários dispositivos de medição de eletricidade.

O transformador de corrente SF6 é ideal para subestações fechadas ou subterrâneas que operam dentro da cidade. As instalações são montadas em áreas críticas do ponto de vista da ecologia. Em tais áreas, o vazamento de óleo é inaceitável. Somente equipamentos SF6 podem ser usados ​​aqui.

Princípio de operação e escopo

Como funciona um disjuntor SF6 de alta tensão? Devido ao isolamento das fases umas das outras por meio de gás SF6. O princípio de funcionamento do mecanismo é o seguinte: quando é recebido um sinal para desligar o equipamento elétrico, os contatos de cada câmara se abrem. Os contatos embutidos criam um arco elétrico, que é colocado em um ambiente gasoso.

Este meio separa o gás em partículas e componentes individuais e, devido à alta pressão no tanque, o próprio meio é reduzido. Possível uso de compressores adicionais se o sistema operar em baixa pressão. Em seguida, os compressores aumentam a pressão e formam uma explosão de gás.A derivação também é usada, cujo uso é necessário para equalizar a corrente.

A designação no diagrama abaixo indica a localização de cada elemento no mecanismo do disjuntor:

Quanto aos modelos do tipo tanque, o controle é realizado com a ajuda de acionamentos e transformadores. Para que serve o acionamento? Seu mecanismo é um regulador e sua finalidade é ligar ou desligar a alimentação e, se necessário, manter o arco em um nível definido.

Os acionamentos são divididos em mola e mola-hidráulica. As molas têm um alto grau de confiabilidade e têm um princípio de operação simples: todo o trabalho é feito graças às peças mecânicas. A mola é capaz de comprimir e descomprimir sob a ação de uma alavanca especial, além de ser fixada no nível definido.

Acionamentos hidráulicos por mola de disjuntores possuem adicionalmente um sistema de controle hidráulico em seu projeto. Tal acionamento é considerado mais eficiente e confiável, porque o próprio dispositivo de mola pode alterar o nível da trava.

O dispositivo e design do disjuntor de ar

Considere como o disjuntor de ar está disposto usando o exemplo de uma chave de alimentação VVB, seu diagrama estrutural simplificado é apresentado abaixo.

Projeto típico de disjuntores pneumáticos da série VVB

Designações:

• A - Receptor, tanque no qual o ar é bombeado até que se forme um nível de pressão correspondente ao nominal.
• B - Tanque metálico da calha do arco.
• C - Flange final.
• D - Capacitor divisor de tensão (não utilizado em projetos modernos de interruptores).
• E - Haste de montagem do grupo de contato móvel.
• F - Isolador de porcelana.
• G - Contato de arco adicional para manobra.
• H - Resistor de derivação.
• I - Válvula de jato de ar.
• J - Tubulação do duto de impulso.
• K - Alimentação principal da mistura de ar.
• L - Grupo de válvulas.

Como você pode ver, nesta série, o grupo de contato (E, G), o mecanismo liga / desliga e a válvula sopradora (I) são fechados em um recipiente de metal (B). O tanque em si é preenchido com uma mistura de ar comprimido. Os pólos do interruptor são separados por um isolador intermediário. Como há uma alta tensão na embarcação, a proteção da coluna de suporte é de particular importância. É feito com a ajuda de "camisas" de porcelana isolante.

A mistura de ar é fornecida através de dois dutos de ar K e J. O primeiro principal é usado para bombear ar para o tanque, o segundo opera em modo pulsado (fornece a mistura de ar quando os contatos do interruptor são desligados e reinicia quando é fechado).