Métodos de Teste para Novos Equipamentos GIS Isolados a Gás de 35 kV
O GIS (Gas-Insulated Switchgear) oferece vantagens como estrutura compacta, operação flexível, intertravamento confiável, longa vida útil, operação sem manutenção e pequena área de ocupação. Ele também possui muitas vantagens insubstituíveis em termos de desempenho de isolamento, amigabilidade ambiental e economia de energia, sendo cada vez mais aplicado em empresas industriais e mineiras, aeroportos, ferrovias, metrôs, estações eólicas e outros campos.
Uma certa empresa com uma subestação interna de 35 kV originalmente equipada com painéis de distribuição isolados a ar compreendendo 10 seções. Esta atualização adiciona 4 novas seções. No entanto, a área do local original não pode acomodar os requisitos de expansão das seções. Além disso, considerando os anos de serviço do equipamento e o desempenho de segurança, a subestação de 35 kV está sendo reformada com painéis de distribuição metálicos herméticos isolados a gás SF₆. A área da sala de painéis existente pode atender aos requisitos de expansão, e o desempenho de segurança geral dos equipamentos elétricos será significativamente melhorado.
Este artigo estuda, de acordo com os principais componentes do painel de distribuição, os seguintes testes respectivamente: testes de isolamento de invólucro e barramento, testes de disjuntores a vácuo, testes de transformadores de tensão, testes de transformadores de corrente, testes de descargas atmosféricas de óxido metálico e testes de cabos de energia.
1. Classificação de Itens de Teste e Organização Sequencial
A Seção III do Barramento de 35 kV consiste em um sistema de duplo barramento formado por 14 unidades de painéis de distribuição isolados a gás SF₆ do tipo ZX2. Todas as partes vivas primárias dentro dos gabinetes são instaladas em invólucros selados preenchidos com gás, tornando os testes preventivos diretos difíceis. Portanto, os testes devem ser realizados formando circuitos de teste usando unidades de painéis de distribuição adjacentes. Muitas partes condutoras, como transformadores de tensão e barramentos, usam conexões encaixáveis. Para garantir bom contato em todas as junções de encaixe de barramento, medidas de resistência de contato DC devem ser realizadas em todas as junções. Durante os testes, plugues de teste temporários devem ser instalados nos soquetes de cabo para servir como pontos de acesso de teste, o que aumenta a dificuldade e a carga de trabalho do teste. Portanto, a sequência de testes deve ser organizada de forma razoável para minimizar a carga de trabalho. Considerando os fatores acima, os testes de equipamentos elétricos para a Seção III do Barramento de 35 kV são implementados através de dois métodos: testes internos ao gabinete e testes externos ao gabinete.
2. Testes Característicos de Equipamentos Internos ao Painel de Distribuição
Os testes internos ao gabinete são realizados em duas rodadas. Na primeira rodada, são utilizados plugues de injeção de corrente de baixa tensão; esses plugues são fáceis de instalar - basta inseri-los diretamente nos soquetes de instalação de cabo dentro do painel de distribuição. Na segunda rodada, plugues de teste de alta tensão são inseridos nos soquetes de instalação de cabo dentro do painel de distribuição e fixados com parafusos para introduzir a tensão de teste no equipamento sob teste.
2.1 Testes da Primeira Rodada
2.1.1 Testes de Disjuntores a Vácuo
Nesta rodada, são realizados primeiramente testes de características mecânicas e testes de mecanismo de operação, ambos utilizando um analisador de características dinâmicas de disjuntor. Duas unidades de painéis de distribuição adjacentes são agrupadas. Condutores de teste trifásico são conectados em uma extremidade, e a outra extremidade é aterrada. As características mecânicas e as tensões de operação das bobinas dos dois disjuntores em série são medidas separadamente - ou seja, quando se medem as características mecânicas de um disjuntor, o outro disjuntor está fechado para servir como caminho de teste. O método de teste é idêntico aos procedimentos padrão. Para a seção de disjuntor de ligação de barramento 9AH, que liga os barramentos principal e auxiliar do sistema de duplo barramento, pode ser conectada em série com o disjuntor esquerdo 10AH e o disjuntor direito 8AH (três disjuntores no total) para utilizar os caminhos de teste de 10AH e 8AH.
2.1.2 Teste de Resistência de Contato DC de Circuitos Condutores e Junções de Encaixe de Barramento
Para medir a resistência de contato de todos os disjuntores a vácuo, chaves seccionadoras de barramento principal/auxiliar e junções de encaixe de barramento principal/auxiliar, as unidades de painéis de distribuição adjacentes ainda são agrupadas em pares, mas testadas sequencialmente - ou seja, 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Para cada par, quando as chaves seccionadoras de barramento principal (ou auxiliar) das duas unidades de painéis de distribuição adjacentes estão fechadas, a resistência de contato DC trifásica do caminho de barramento correspondente (principal ou auxiliar) é medida. Um tester de resistência de loop é usado com uma corrente de teste de aproximadamente 100 A. Por exemplo, para o disjuntor de ligação de barramento 9AH, pode-se conectar em série com o 10AH à esquerda e o 8AH à direita para formar dois caminhos de teste: 10AH–barramento principal–9AH–barramento auxiliar–8AH e 10AH–barramento auxiliar–9AH–barramento principal–8AH. O método de teste é o mesmo para outras unidades de painéis de distribuição, com valores de resistência variando de 200 a 300 μΩ.
2.1.3 Testes de Transformadores de Corrente
As partes condutoras primárias dos transformadores de corrente dedicados isolados a gás instalados dentro do gabinete estão seladas no invólucro; portanto, seus testes devem ser concluídos simultaneamente durante os testes internos ao gabinete. Nesta rodada, são realizados primeiramente testes de razão, verificação de polaridade e testes de curva característica de excitação. Esses testes são realizados usando um analisador multifuncional totalmente automático de transformadores.
Para testes de razão e verificação de polaridade: a configuração do circuito de teste é consistente com a dos testes de características mecânicas do disjuntor - ou seja, duas unidades de painéis de distribuição adjacentes são agrupadas, com seus disjuntores e chaves seccionadoras do mesmo lado fechadas. Uma corrente elevada é injetada fase a fase, e correntes secundárias induzidas são extraídas dos terminais de corrente secundária correspondentes para medir a razão e a polaridade de todos os transformadores de corrente conectados em série no loop. O método de teste é idêntico aos procedimentos padrão.
Para o teste de curva característica de excitação: este teste requer apenas que o circuito primário esteja aberto e pode ser realizado a qualquer momento. Considerando que usa o mesmo equipamento de teste e compartilha os mesmos terminais de corrente secundária do teste de razão - ou seja, a corrente de teste é injetada através dos terminais de corrente secundária correspondentes - pode ser realizado simultaneamente com o teste de razão para melhorar a eficiência do trabalho.
2.2 Testes de Isolamento do Equipamento Interno ao Quadro de Distribuição
No segundo conjunto de testes, são realizados simultaneamente testes de isolamento do quadro de distribuição e das barras coletoras, incluindo: testes de isolamento das partes ativas do disjuntor em relação à terra e entre contatos, testes de isolamento das partes ativas do seccionador principal/auxiliar em relação à terra e entre contatos, testes de isolamento da transformadora de corrente primária em relação à secundária e à terra, e testes de isolamento de todas as barras coletoras principais/auxiliares internas e partes condutoras em relação à terra e entre fases.
Cada unidade do quadro de distribuição é submetida à aplicação de tensão duas vezes. Primeiro, as barras coletoras principais e auxiliares dentro do gabinete são aterradas através de uma unidade do quadro de distribuição selecionada—ou seja, o disjuntor e o seccionador principal (ou auxiliar) da unidade do quadro de distribuição selecionada são fechados. Em seguida, o disjuntor de ligação de barra e seus seccionadores principais/auxiliares são fechados, e um cabo de aterramento temporário é instalado na tomada de cabo dessa unidade do quadro de distribuição, aterrando assim todo o sistema de barras coletoras principais e auxiliares dentro do gabinete.
A unidade do quadro de distribuição sob teste usa um plugue de teste de alta tensão, que é parafusado firmemente na tomada de cabo para introduzir a tensão de teste.
Durante a primeira aplicação de tensão à unidade do quadro de distribuição, seu disjuntor está aberto, e o seccionador de três posições da barra principal está configurado na posição de aterramento (ou na posição de serviço com a barra aterrada em outro lugar), permitindo testes de resistência à tensão entre a primária e a secundária da transformadora de corrente, bem como entre a primária e a terra, e entre os contatos do disjuntor.
Durante a segunda aplicação de tensão, o disjuntor está fechado, e ambos os seccionadores de três posições da barra principal e auxiliar estão na posição aberta, permitindo testes de resistência à tensão de todo o conjunto do disjuntor em relação à terra e entre os contatos dos seccionadores de barra principal/auxiliar.
Para a baia especial do disjuntor de ligação de barra 9AH, os testes podem ser programados juntamente com os testes de resistência à tensão da barra principal e auxiliar, exigindo um total de três aplicações de tensão. Durante a primeira aplicação de tensão, o disjuntor de ligação de barra e o seccionador da barra principal estão fechados, enquanto o seccionador da barra auxiliar está aberto. A barra auxiliar é aterrada através de outra unidade do quadro de distribuição, e a tensão de teste é introduzida na barra principal via uma certa unidade do quadro de distribuição. Testes de resistência à tensão são então realizados no sistema da barra principal, no disjuntor de ligação de barra inteiro em relação à terra, e na lacuna de contato do seccionador da barra auxiliar, conforme mostrado na Figura 1.
Durante a segunda aplicação de tensão, o disjuntor de ligação de barra e o seccionador da barra auxiliar estão fechados, enquanto o seccionador da barra principal está aberto. A barra principal é aterrada através de outra unidade do quadro de distribuição, e a tensão de teste é introduzida na barra auxiliar via uma certa unidade do quadro de distribuição. Um teste de resistência à tensão é então realizado no sistema da barra auxiliar, no disjuntor de ligação de barra inteiro em relação à terra, e na lacuna de contato do seccionador da barra principal.
Durante a terceira aplicação de tensão, a lacuna de contato do disjuntor de ligação de barra é testada via a barra auxiliar. Especificamente, o seccionador da barra auxiliar de ligação de barra está fechado, o disjuntor de ligação de barra está aberto, e o seccionador da barra principal de ligação de barra está configurado na posição "terra". A tensão de teste é introduzida na barra auxiliar através de uma certa unidade do quadro de distribuição para realizar o teste de resistência à tensão na lacuna de contato do disjuntor de ligação de barra.
3.Testes Realizados Fora do Quadro de Distribuição
Para equipamentos como para-raios, transformadores de tensão e cabos, todos os testes são concluídos antes da instalação.
3.1 Testes de Para-Raios de Óxido Metálico
Todas as baías de disjuntores na Seção III da Barra de 35 kV (exceto a baia de ligação de barra) são equipadas com para-raios de óxido metálico, sem lacuna, blindados, do tipo plug-in. Os testes são realizados antes da instalação do para-raios. A resistência de isolamento é medida antes e depois do teste. Um gerador de alta tensão CC é usado, e os testes são conduzidos de acordo com as especificações do fabricante:
Tensão de referência CC em 1 mA ≥ 73 kV
Corrente de fuga em 75% de U₁ₘₐ ≤ 50 μA
Durante o teste, deve ser instalada uma manga de isolamento dedicada no terminal de alta tensão do para-raios; caso contrário, no ar ambiente, ocorrerá flashover superficial devido à alta tensão e pequeno espaçamento, danificando o isolamento superficial do para-raios—tornando o teste impossível e arriscando danos ao equipamento.
3.2 Testes de Transformador de Tensão (VT)
Ao todo, 14 transformadores de tensão monofásicos, do tipo plug-in, específicos para gabinetes de isolamento a gás, são instalados na Seção III da Barra de 35 kV. Os VTs de barra diferem dos VTs de linha por incluir uma bobina residual adicional para medição de tensão de sequência zero.
Testes de Razão e Polaridade: Um tester multifuncional CT/VT é usado para medir a razão de tensão entre a bobina primária e cada bobina secundária (incluindo a bobina residual) e verificar as relações de polaridade.
Curva Característica de Excitação: Usando o mesmo tester, a tensão de excitação é aplicada à bobina secundária, e a curva de excitação é registrada em 20%, 50%, 80%, 100% e 120% da tensão nominal secundária (ou seja, 20 V, 50 V, 80 V, 100 V e 120 V).
Durante o teste, deve ser instalada uma tampa de isolamento temporária (isolador cônico interno) no terminal de alta tensão primário; caso contrário, ocorrerá flashover superficial, danificando o isolamento e impedindo que a tensão de teste seja alcançada.
Resistência DC das Bobinas: A resistência DC de ambas as bobinas primária e secundária de cada VT é medida.
Teste de Tensão Alternada de Isolamento: Como esses VTs são projetados especificamente para quadros de comutação isolados a gás, sua isolamento externo não pode suportar altas tensões de teste quando testados fora do gabinete. Portanto, não é realizado nenhum teste de resistência a tensão alternada de frequência industrial na bobina primária. Em vez disso, é utilizado um teste de tensão induzida. Este teste induzido pode ser combinado com o teste de característica de excitação—aplicando tensão por 1 minuto a 120 V no lado secundário.
Aplicar 3 kV CA (frequência industrial) por 1 minuto entre o terminal N da bobina primária e todas as outras bobinas/terra.
Aplicar 2 kV CA (frequência industrial) por 1 minuto entre cada bobina secundária (ou residual) e todas as outras bobinas/terra.
Testes em Componentes Auxiliares: Medir a resistência DC do fusível do lado primário de cada VT e verificar a resistência de isolamento do protetor de faísca do ponto neutro.
4.Precauções Durante os Testes
4.1 Condições Básicas Antes dos Testes
O manômetro de pressão de gás SF₆ deve indicar dentro da faixa verde normal.
O gabinete do quadro de comutação deve estar confiavelmente aterrado, com a resistência de aterramento atendendo aos requisitos.
Verificar se as posições reais e os indicadores de status dos desligadores de três posições e dos disjuntores estão corretos.
Todos os soquetes não utilizados no equipamento sob teste devem ser selados com tampas isolantes.
Durante os testes de resistência a tensão alternada, os orifícios de terminação de cabos, orifícios de montagem de pára-raios e orifícios de montagem de VTs nas seções recebendo tensão devem ser selados com tampas isolantes dedicadas; as áreas sem energia não requerem selagem.
Confirmar que as extremidades das barras de distribuição estão seladas com tampas isolantes e que ambos os gabinetes de extremidade estão completamente fechados.
4.2 Características Especiais dos Testes de Alta Tensão
Devido à insuficiência da resistência de isolamento externo dos VTs fora do gabinete, o teste de tensão induzida na bobina primária deve ser combinado com o teste de excitação em tensão reduzida, o que não replica totalmente as condições padrão de resistência. Além disso, as medições de resistência de contato DC refletem a resistência total do caminho em série—incluindo disjuntores, desligadores, juntas de plugues de barra e primários de TC—tornando difícil identificar qual componente específico excede os limites permitidos se o valor total estiver fora da especificação.
4.3 Natureza Especial dos Métodos de Teste de Alta Tensão
Como o teste direto de equipamentos selados em invólucros preenchidos com gás é impossível, os circuitos de teste devem ser formados usando unidades de quadros de comutação adjacentes e barras de distribuição. Portanto, o teste abrangente de toda a Seção III da Barra de 35 kV só pode ser realizado quando o sistema de barras está desenergizado. No entanto, certos testes podem ser realizados em baías desenergizadas individuais:
Todos os testes de TC (exceto testes de razão)
Testes de resistência a tensão nos intervalos de contatos de disjuntores e seções do lado da linha
Testes de características mecânicas de disjuntores (exceto o disjuntor de ligação de barra)
Todos os testes em componentes removíveis, como cabos, pára-raios e VTs
4.4 Considerações Especiais para Padrões de Teste
Durante os testes internos de resistência a tensão alternada, como disjuntores, desligadores, TCs e barras de distribuição são testados simultaneamente, a tensão de teste deve ser limitada à menor classificação de resistência entre eles—76 kV (o padrão de TC)—resultando em níveis de tensão inferiores ao ideal para outros componentes. Após remover as bobinas secundárias para teste, a fiação original deve ser prontamente restaurada para evitar contato ruim ou circuitos abertos.
5.Conclusão
O teste de alta tensão em quadros de comutação compactos isolados a gás envolve desafios únicos e requisitos operacionais altamente complexos. Portanto, é essencial ter uma compreensão completa das características do equipamento. Selecionar equipamentos de teste apropriados e metodologias adaptadas a essas características, e resumir procedimentos de teste eficazes e padrões, fornece referências valiosas e base técnica para resolver desafios de engenharia semelhantes.
