Análise e Tratamento de uma Falha por Descarga em um Interruptor de Manobra de GIS 550 kV

1. Descrição do Fenômeno da Falha

A falha no disjuntor de um equipamento GIS de 550 kV ocorreu às 13:25 do dia 15 de agosto de 2024, enquanto o equipamento estava operando em carga total com uma corrente de carga de 2500 A. No momento da falha, os dispositivos de proteção associados agiram prontamente, acionando o disjuntor correspondente e isolando a linha defeituosa. Os parâmetros de operação do sistema mudaram significativamente: a corrente da linha caiu abruptamente de 2500 A para 0 A, e a tensão da barra diminuiu instantaneamente de 550 kV para 530 kV, flutuando por aproximadamente 3 segundos antes de se recuperar gradualmente para 548 kV e estabilizar. A inspeção no local pelos técnicos de manutenção revelou danos óbvios no disjuntor. Foi encontrado uma marca de queimadura de aproximadamente 5 cm de comprimento na superfície da bainha isolante. Um ponto de queimadura de descarga de aproximadamente 3 cm de diâmetro apareceu na conexão entre os contatos móvel e fixo, cercado por resíduo em pó preto, e alguns componentes metálicos mostraram sinais de fusão, indicando arco elétrico intenso durante a falha.

2. Análise da Causa da Falha

2.1 Análise dos Parâmetros Básicos do Equipamento e Condições de Operação
O disjuntor tem uma tensão nominal de 550 kV, uma corrente nominal de 3150 A e uma corrente de interrupção de 50 kA. Esses parâmetros atendem aos requisitos operacionais do sistema de 550 kV nesta subestação, garantindo teoricamente a operação confiável sob condições normais. O disjuntor estava em serviço há 8 anos com 350 operações. A manutenção mais recente foi realizada em junho de 2023, incluindo polimento de contatos, lubrificação, ajuste do mecanismo e teste de resistência de isolamento - todos os resultados atenderam às especificações na época. Embora o número de operações estivesse dentro da faixa normal, a operação de longo prazo pode ter introduzido riscos de envelhecimento, potencialmente levando a defeitos latentes durante o serviço subsequente.

2.2 Análise de Testes de Desempenho Elétrico

O teste de resistência de isolamento do disjuntor mostrou uma resistência de isolamento entre contatos de 1500 MΩ (valor histórico: 2500 MΩ; requisito padrão: ≥2000 MΩ). A resistência de isolamento ao solo foi de 2000 MΩ (valor histórico: 3000 MΩ; requisito padrão: ≥2500 MΩ). Ambos os valores foram significativamente menores que os dados históricos e os padrões, indicando degradação do desempenho de isolamento.
O fator de perda dielétrica (tanδ) testado a 10 kV resultou em um valor medido de 0,8% (valor histórico: 0,5%; requisito padrão: ≤0,6%). O aumento do tanδ sugere possível ingresso de umidade ou envelhecimento do meio de isolamento, o que reduz a força de isolamento e aumenta o risco de quebra dielétrica.

2.3 Análise de Testes de Desempenho Mecânico
As medições de pressão de contato mostraram:

• Fase A: 150 N (valor de projeto: 200 N, desvio: –25%)

• Fase B: 160 N (desvio: –20%)

• Fase C: 140 N (desvio: –30%)
  Todas as pressões de contato medidas estavam abaixo dos valores de projeto com grandes desvios, provavelmente causando aumento da resistência de contato, superaquecimento local e arco elétrico.

A análise do mecanismo de operação revelou:

• Tempo de fechamento: 80 ms (faixa de projeto: 60–70 ms); desvio de sincronismo: 10 ms (limite de projeto: ≤5 ms)

• Tempo de abertura: 75 ms (faixa de projeto: 55–65 ms); desvio de sincronismo: 12 ms (limite de projeto: ≤5 ms)
  Ambos os tempos de abertura/fechamento excederam os limites de projeto, e os desvios de sincronismo foram excessivos, indicando mau funcionamento do mecanismo que poderia causar contato/separação assíncrona, levando à reacendimento de arcos e descargas.

2.4 Análise Abrangente da Causa da Falha
Integrando todos os achados:

• Eletricamente, a redução da resistência de isolamento e o aumento do tanδ indicam isolamento deteriorado, criando condições para quebra.

• Mecanicamente, a pressão de contato insuficiente causou contato ruim e aquecimento localizado, enquanto o desempenho anormal do mecanismo levou a operação assíncrona e reacendimento de arcos, agravando o dano do isolamento.
  Embora regularmente mantido, o serviço de longo prazo expôs o equipamento ao envelhecimento, e fatores ambientais como flutuações de temperatura e umidade ainda mais degradaram o desempenho. A falha de flashover no disjuntor resultou da combinação de degradação do isolamento, anomalias mecânicas e envelhecimento do equipamento.

3. Medidas de Tratamento da Falha
3.1 Resposta de Emergência no Local
Imediatamente após a falha de flashover, um protocolo de resposta de emergência foi ativado para garantir a segurança da rede. O disjuntor defeituoso foi isolado pelo disparo de disjuntores associados, evitando a escalada da falha. Dispositivos de proteção ligados ao disjuntor foram inspecionados e ajustados para evitar malfuncionamento ou falha. O modo de operação do sistema foi urgentemente reconfigurado: a carga anteriormente transportada pela linha defeituosa foi transferida suavemente para linhas saudáveis para manter o fornecimento de energia a usuários críticos. Durante esse processo, os parâmetros do sistema (tensão, corrente, frequência) foram monitorados de perto para garantir a operação estável. Pessoal foi designado para segurar o local da falha e impedir o acesso não autorizado, evitando incidentes secundários.

3.2 Plano de Reparo do Equipamento
Com base na análise da causa raiz, um plano de reparo detalhado foi desenvolvido:

• Para isolamento degradado: substituir e restaurar os meios de isolamento. Remover materiais de isolamento danificados, úmidos ou envelhecidos e instalar novos materiais compatíveis para restaurar o desempenho de isolamento.

• Para pressão de contato insuficiente: inspecionar e substituir molas de contato, ajustar a pressão de contato aos valores de projeto para minimizar a resistência de contato e prevenir superaquecimento/arco elétrico.

• Para falhas de mecanismo: substituir componentes danificados e recalibrar completamente o mecanismo para atender às especificações de projeto para tempo e sincronismo.

3.3 Processo de Reparo e Pontos Técnicos Chave
Os reparos seguiram estritamente o plano. O disjuntor foi totalmente desmontado para uma inspeção minuciosa, a fim de confirmar a extensão dos danos. Durante a substituição do isolamento, a umidade e a temperatura ambiente foram controladas para evitar a contaminação ou absorção de umidade dos novos materiais. A instalação assegurou o posicionamento preciso e a aderência firme do isolamento, evitando vazios ou soltura. Os ajustes da pressão de contato utilizaram ferramentas calibradas para garantir força precisa e uniforme em todas as fases. A reassembleia e a calibração do mecanismo seguiram procedimentos para garantir operação suave e confiável. Após o reparo, foram realizados testes abrangentes—resistência ao isolamento, tanδ, pressão de contato e desempenho do mecanismo—todos atendendo aos padrões antes da reenergização.

4.Verificação da Eficácia do Reparo
4.1 Testes Pós-Reparo
Testes abrangentes confirmaram o desempenho restaurado (ver Tabela 1):

• Resistência ao isolamento: entre contatos aumentou de 1500 MΩ para 2400 MΩ; resistência ao solo subiu de 2000 MΩ para 2800 MΩ—ambas atendendo aos padrões.

• tanδ diminuiu de 0,8% para 0,4%, dentro dos limites aceitáveis, confirmando a resolução de problemas de umidade/velhice.

• Teste de tensão de ruptura: antes do reparo, ocorreu quebra na tensão de 480 kV (< padrão); após o reparo, não houve quebra na tensão de 600 kV—validando a recuperação do isolamento.

4.2 Monitoramento e Avaliação Operacional

O disjuntor reparado passou por 3 meses de monitoramento operacional. As temperaturas dos contatos permaneceram normais, confirmando o ajuste eficaz da pressão de contato e o controle da resistência de contato. As operações de comutação se estabilizaram: tempo de fechamento em 65 ms, abertura em 58 ms, com desvios de sincronismo ≤3 ms. Não ocorreram reacendimentos ou descargas. Os resultados combinados dos testes e do monitoramento confirmam a resolução bem-sucedida do problema e a operação estável.

5.Medidas Preventivas e Recomendações
Para garantir uma operação eficiente do GIS e reduzir os riscos de falhas, devem ser implementadas estratégias rigorosas de manutenção:

• Inspeções regulares: Realizar inspeções visuais semanais e testes funcionais mensais por equipes qualificadas para detectar danos ou anomalias precocemente.

• Monitoramento avançado de condições: Implementar sistemas de monitoramento online para o acompanhamento em tempo real de descargas parciais, temperatura e composição do gás, a fim de identificar potenciais problemas de forma proativa.

• Testes preventivos: Realizar periodicamente testes de resistência de isolamento e tanδ para avaliar a saúde elétrica/isolante e prevenir falhas relacionadas ao envelhecimento ou à umidade.

• Seleção e instalação de equipamentos: Escolher equipamentos GIS comprovados e maduros que atendam às necessidades operacionais. Aderir estritamente aos padrões de projeto e construção durante a instalação para garantir alinhamento adequado e conexões seguras.

• Comissionamento: Verificar rigorosamente todos os parâmetros de desempenho durante o comissionamento, documentando todos os dados para referência futura na manutenção.

• Treinamento de pessoal: Realizar regularmente treinamentos técnicos e simulações de emergência para aumentar a proficiência do pessoal na operação e no tratamento de falhas, assegurando respostas rápidas e eficazes a incidentes e preservando a estabilidade da rede.

6.Conclusão
Este artigo apresenta uma análise e resolução bem-sucedida de uma falha de flashover em um disjuntor GIS de 550 kV. A documentação detalhada da falha e os testes multidimensionais identificaram precisamente as causas raiz. As medidas de resposta de emergência e reparo implementadas resolveram efetivamente o problema, validadas por testes pós-reparo e monitoramento operacional. As medidas preventivas propostas são direcionadas e práticas, oferecendo orientações valiosas para a manutenção do GIS. Trabalhos futuros devem aprofundar a pesquisa sobre os mecanismos de falhas do GIS para melhorar ainda mais a segurança e a confiabilidade do sistema de energia.