Fusível de Média Tensão | Proteção Rápida de 10ms para Transformadores

Fusíveis limitadores de corrente de média tensão são principalmente utilizados para proteger cargas como transformadores e motores. Um fusível é um dispositivo que, quando a corrente excede um valor dado por um período suficientemente longo, interrompe o circuito no qual está inserido, fundindo um ou mais componentes especialmente projetados e dimensionados. Fusíveis limitadores de corrente podem ter dificuldade em limpar valores de corrente intermediários (sobrecargas entre 6 a 10 vezes a corrente nominal), portanto, geralmente são usados em combinação com dispositivos de comutação.

Fusíveis limitadores de corrente de média tensão operam inserindo um condutor metálico (o elemento do fusível) em série com o circuito. Quando uma corrente de sobrecarga ou curto-circuito passa pelo elemento, o aquecimento resultante faz com que ele se funda quando a corrente excede seu valor nominal, abrindo assim o circuito. Consequentemente, os fusíveis têm resistência relativamente alta, levando à geração significativa de calor sob corrente nominal. Por exemplo, um fusível de 125A gera cerca de 93W de calor, um fusível de 160A gera 217W, e um fusível de 200A produz 333W. No mercado, fusíveis de 12kV estão disponíveis com classificações de corrente de até 355A, resultando em dissipação de potência ainda maior.

Em aplicações práticas de equipamentos de comutação, a corrente nominal do fusível deve ser aproximadamente 1,25 vezes a corrente de operação a longo prazo da carga. Quando os fusíveis são instalados dentro de um armário trifásico fechado ou individualmente alojados em tubos encapsulados com resina isolante, o espaço confinado do compartimento do fusível não pode dissipar o calor efetivamente. A geração de calor superior a 100W pode causar um aumento de temperatura que exceda os limites aceitáveis, necessitando a redução da capacidade do fusível.

Além disso, devido às restrições de tamanho nas unidades de anel principal (RMUs), o diâmetro do compartimento do fusível em RMUs compactos com isolamento a gás é tipicamente em torno de 90 mm, permitindo a instalação de fusíveis de até 160A (comumente usados até 125A). Isso limita a proteção a transformadores de até aproximadamente 1250 kVA. Transformadores maiores que 1250 kVA requerem proteção via disjuntores. Da mesma forma, para circuitos F-C (fusível-contator) usados para proteger motores, a solução é geralmente limitada a motores de até 1250 kW. Motores maiores requerem controle e proteção baseados em disjuntores.

Em aplicações de controle de motores, a combinação F-C utiliza um fusível limitador de corrente de alta tensão como dispositivo de proteção de backup. Em um circuito F-C, quando a corrente de falha é igual ou inferior à capacidade de interrupção do contato a vácuo, o relé de proteção integrado deve operar, fazendo com que o contato interrompa a corrente. O fusível opera apenas quando a corrente de falha excede a configuração do relé ou se o contato a vácuo falhar em operar.

A proteção contra curto-circuito é fornecida pelo fusível. O fusível é tipicamente selecionado com uma corrente nominal maior que a corrente de carga total do motor para suportar as correntes de inrush durante a partida, mas não pode simultaneamente fornecer proteção contra sobrecargas. Portanto, são necessários relés de tempo inverso ou definido para proteger contra sobrecargas. Componentes como contatos, transformadores de corrente, cabos, o próprio motor e outros equipamentos do circuito podem ser danificados por sobrecargas prolongadas ou por energia let-through que exceda sua capacidade de resistência.

A proteção do motor contra correntes excessivas causadas por sobrecargas, falta de fase, bloqueio do rotor ou partidas repetidas é fornecida por relés de tempo inverso ou definido, que operam o contato. Para falhas fase-a-fase ou fase-terra com correntes abaixo da capacidade de interrupção do contato, a proteção é fornecida pelo relé. Para correntes de falha que excedem a capacidade de interrupção do contato até o nível máximo de resistência, a proteção é fornecida pelo fusível.

Equipamentos de comutação combinados com fusíveis são principalmente usados para proteção de transformadores. Aplicações típicas incluem circuitos alimentadores de transformadores em unidades de anel principal (RMUs), onde um interruptor de carga SF6 é combinado com fusíveis para alcançar um design compacto e sem manutenção. Outra configuração é a solução de carrinho retrátil, na qual uma unidade combinada de fusível-interruptor de carga é integrada em um equipamento de comutação de média tensão (por exemplo, quadro metálico), permitindo a retirada conveniente para manutenção e substituição do fusível.

Quando aparelhos combinados são usados para proteção de transformadores, um esquema de proteção em duas etapas é estabelecido incorporando proteção por relé. Para condições de sobrecarga ou corrente excessiva moderada, o relé envia um comando de desligamento ao interruptor de carga para limpar a falha. Para falhas de curto-circuito severas, o fusível opera e aciona o interruptor para desligar, interrompendo assim o circuito.

Quando ocorre uma falha interna, como um curto-circuito em um transformador, o arco resultante decomponhe o óleo isolante em gás. À medida que a falha continua, a pressão interna aumenta rapidamente, potencialmente levando à ruptura ou explosão do tanque. Para evitar a falha do tanque, a falha deve ser eliminada em 20 milissegundos (ms). No entanto, o tempo total de interrupção de um disjuntor—composto pelo tempo de operação do relé, tempo intrínseco de disparo e tempo de arco—é tipicamente não inferior a 60 ms, o que é insuficiente para proteção efetiva do transformador. Em contraste, fusíveis limitadores de corrente fornecem interrupção de falhas extremamente rápida, capazes de eliminar falhas em 10 ms, oferecendo assim proteção altamente eficaz para o transformador.