Projeto e Estudo de Caso da Aplicação do Sistema de Câmara de Extinção de Arco para Disjuntor SF6 de 252kV com Tanque Morto

Introdução

Nos últimos anos, a demanda por energia na Nigéria tem aumentado com o desenvolvimento de sua economia e sociedade. Um sistema de transmissão de energia estável e confiável é crucial para seu desenvolvimento. As linhas de transmissão de alta tensão de 252kV desempenham um papel importante na rede elétrica da Nigéria, e o desempenho dos disjuntores afeta diretamente a segurança e a estabilidade dessas linhas. A ABB, como fabricante líder mundial de equipamentos elétricos, desenvolveu um disjuntor SF6 de tanque morto de 252kV com um sistema avançado de câmara de extinção de arco, projetado para atender às necessidades específicas da rede elétrica da Nigéria e que obteve a certificação SONCAP, garantindo sua conformidade com os padrões locais.

Projeto do Sistema de Câmera de Extinção de Arco
Design de Extinção de Arco em Série Dupla

A câmara de extinção de arco do disjuntor SF6 de tanque morto de 252kV adota um design de série dupla. Neste design, dois interrompedores estão conectados em série, e cada interrompedor é projetado para suportar aproximadamente 50% da tensão total, ou seja, 126kV. Esta abordagem inovadora reduz significativamente a pressão de recuperação dielétrica em uma única interrupção.

Quando ocorre um defeito de curto-circuito na rede elétrica, gera-se um arco de corrente elevada no disjuntor. No disjuntor de interrupção única tradicional, a tensão total de 252kV precisa ser suportada por um único interrompedor durante o processo de extinção de arco, o que coloca uma grande pressão na recuperação dielétrica do interrompedor. No entanto, no design de série dupla, a tensão é compartilhada entre os dois interrompedores. Isso não apenas reduz a tensão elétrica em cada interrompedor, mas também diminui o tempo necessário para a recuperação dielétrica. Como resultado, a eficiência de extinção de arco é melhorada, e o risco de reacendimento do arco após a extinção é grandemente reduzido.

Para garantir o funcionamento estável do sistema de série dupla, a ABB também desenvolveu um conjunto de tecnologias de controle preciso de compartilhamento de tensão. Capacitores paralelos especiais são instalados nas duas extremidades de cada interrompedor. Esses capacitores são cuidadosamente calibrados para garantir que a distribuição de tensão entre os dois interrompedores seja o mais equilibrada possível, mesmo em condições de falha transitória complexa. Este mecanismo de compartilhamento de tensão ainda mais aumenta a confiabilidade do sistema de câmara de extinção de arco.

Estrutura de Pistão de Cilindro T

O cilindro de pressão no sistema de câmara de extinção de arco é projetado com uma estrutura de pistão T, que é um componente chave para gerar fluxo de gás SF6 de alta velocidade. Quando o disjuntor recebe um comando de desligamento, o pistão T começa a se mover. Durante o processo de abertura, o pistão comprime o gás SF6 no cilindro a uma pressão de 1,2 MPa.

Este processo de compressão é controlado com precisão para garantir que um fluxo de gás de alta velocidade de 600 m/s possa ser gerado. O fluxo de gás SF6 de alta velocidade desempenha um papel vital no processo de extinção de arco. Quando o arco é gerado, o fluxo de gás de alta velocidade pode resfriar rapidamente o plasma do arco, reduzir a temperatura do arco e remover as partículas ionizadas no canal do arco. Dessa forma, acelera o processo de recuperação da resistência dielétrica na lacuna de extinção de arco, permitindo que o disjuntor corte rapidamente a corrente de defeito e complete a tarefa de extinção de arco.

A estrutura de pistão T também possui as vantagens de estrutura simples, alta resistência mecânica e bom desempenho de vedação. A estrutura simples é favorável à fabricação e manutenção do cilindro de pressão, enquanto a alta resistência mecânica garante que o pistão possa suportar o movimento de alta pressão e alta velocidade durante o processo de operação. O bom desempenho de vedação do cilindro de pressão garante que o gás SF6 não vaze, mantendo o funcionamento normal do disjuntor e garantindo a segurança da rede elétrica.

Bocais de Fibra de Carbono Reforçada com PTFE

O bocal é uma parte importante da câmara de extinção de arco, e o desempenho do material dele afeta diretamente a vida útil e o desempenho de extinção de arco do disjuntor. A ABB selecionou fibra de carbono reforçada com PTFE como material para os bocais da câmara de extinção de arco do disjuntor SF6 de tanque morto de 252kV.

A fibra de carbono reforçada com PTFE possui excelentes propriedades, como resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste e forte resistência à erosão por arco. Durante o processo de extinção de arco, a temperatura na área do arco pode atingir valores extremamente altos, frequentemente superando 10.000 °C. A resistência a altas temperaturas da fibra de carbono reforçada com PTFE permite que o bocal mantenha sua integridade estrutural e estabilidade de desempenho nessas condições adversas.

Em termos de resistência à erosão por arco, este material pode suportar pelo menos 2.000 interrupções de capacidade total (50 kA), o que estende significativamente o ciclo de manutenção do disjuntor. Comparado com materiais de bocal tradicionais, os bocais de fibra de carbono reforçada com PTFE têm uma vida útil mais longa, reduzindo a frequência de manutenção e substituição do equipamento e, assim, reduzindo os custos totais de operação e manutenção da rede elétrica.

Certificação SONCAP e Conformidade

Para entrar no mercado nigeriano, o sistema de câmara de extinção de arco do disjuntor SF6 de tanque morto de 252kV desenvolvido pela ABB passou com sucesso pelo processo de certificação SONCAP. A certificação SONCAP é um programa rigoroso de avaliação implementado pela Organização de Normas da Nigéria para garantir que os produtos elétricos importados atendam aos padrões locais de segurança, saúde e proteção ambiental.

Durante o processo de certificação, o produto da ABB foi submetido a testes abrangentes em vários aspectos, incluindo desempenho elétrico, desempenho mecânico, desempenho de segurança e adaptabilidade ambiental. O design de extinção de arco em série dupla, a estrutura de pistão de cilindro T e os bocais de fibra de carbono reforçada com PTFE foram todos submetidos a rigorosa inspeção e verificação.

Por exemplo, nos testes de desempenho elétrico, o desempenho de compartilhamento de tensão do sistema de série dupla, a capacidade de extinção de arco do disjuntor sob diferentes correntes de defeito e as características de recuperação dielétrica atenderam ou superaram os requisitos dos padrões nigerianos. Nos testes de desempenho mecânico, a resistência e durabilidade da estrutura de pistão T, bem como a confiabilidade da operação mecânica do disjuntor, também foram plenamente reconhecidas.

A obtenção bem-sucedida da certificação SONCAP não apenas prova a alta qualidade e confiabilidade do sistema de câmara de extinção de arco do disjuntor SF6 de tanque morto de 252kV da ABB, mas também fornece uma garantia sólida para sua ampla aplicação na rede elétrica da Nigéria.

Aplicação na Rede Elétrica da Nigéria

O disjuntor SF6 de tanque morto de 252kV com este sistema avançado de câmara de extinção de arco foi aplicado com sucesso em vários projetos-chave de transmissão de energia na Nigéria. Nesses projetos, os disjuntores demonstraram excelente desempenho.

Durante o processo de operação, o design de extinção de arco em série dupla lidou efetivamente com múltiplos defeitos de curto-circuito, garantindo a rápida isolamento de defeitos e minimizando o impacto na rede elétrica. A estrutura de pistão de cilindro T gerou de forma estável o fluxo de gás SF6 de alta velocidade, permitindo que os disjuntores completassem a tarefa de extinção de arco em um curto período de tempo. Os bocais de fibra de carbono reforçada com PTFE também mantiveram bom desempenho, e não houve erosão ou danos significativos, mesmo após muitas operações.

Graças ao funcionamento confiável desses disjuntores, a confiabilidade e a estabilidade da rede elétrica da Nigéria foram significativamente melhoradas. As quedas de energia causadas por falhas de disjuntores foram grandemente reduzidas, fornecendo um fornecimento de energia mais estável para a produção industrial e a vida cotidiana das pessoas na Nigéria. Ao mesmo tempo, a longa vida útil e baixa exigência de manutenção dos disjuntores também reduziram os custos de operação e manutenção do setor de energia local, o que é de grande importância para o desenvolvimento sustentável da indústria de energia da Nigéria.

Conclusão

O projeto do sistema de câmara de extinção de arco do disjuntor SF6 de tanque morto de 252kV da ABB, com seu inovador design de extinção de arco em série dupla, estrutura de pistão de cilindro T e bocais de fibra de carbono reforçada com PTFE, oferece uma excelente solução para a transmissão de alta tensão na Nigéria. A obtenção da certificação SONCAP garante sua conformidade com os padrões locais, e sua aplicação bem-sucedida na rede elétrica da Nigéria verificou sua alta confiabilidade e excelente desempenho. Este caso de design não apenas atende às atuais necessidades de desenvolvimento da rede elétrica da Nigéria, mas também fornece experiência e referência valiosas para o design e aplicação de disjuntores de alta tensão semelhantes em outras regiões. No futuro, a ABB continuará a otimizar e melhorar esta tecnologia para contribuir ainda mais para o desenvolvimento da indústria de energia global.