Elevação de Tensão na Comutação de Reatores Shunt em Disjuntores

Comutação de Reator de Derivação: Uma Prática Comum na Comutação de Cargas Indutivas

Comutação de reator de derivação é uma das práticas mais comuns na comutação de cargas indutivas. Reatores de derivação são instalados para compensar a capacitância de linhas aéreas e são ligados ou desligados com base na carga momentânea da linha. Como um reator de derivação pode ser tratado como um elemento de circuito concentrado com capacitância parasita, o circuito de carga equivalente pode ser simplificado para um circuito LC (indutor-capacitor) simples.

Oscilações de Tensão no Momento da Interrupção

No momento da interrupção, que frequentemente envolve corte de corrente, o circuito LC produz oscilações de tensão. A tensão máxima, Ump, atinge um pico que é 1 por unidade (p.u.) da tensão do sistema aumentada pela contribuição adicional do corte de corrente. Geralmente, a tensão de recuperação transitória (TRV) oscilatória de frequência única é de alta frequência, padronizada pela IEC 62271-110 para valores entre 6,8 kHz em uma tensão nominal de 72,5 kV e 1,5 kHz em 800 kV.

Tempo de Arco Curto e Risco de Reinício

Semelhante à comutação de corrente capacitiva, a corrente do reator é baixa o suficiente para que a interrupção ocorra após um tempo de arco muito curto. Essa duração curta implica que a lacuna do disjuntor pode não ter alcançado um espaçamento suficiente no ponto de zero de corrente para suportar a TRV. Se isso ocorrer, acontece um rompimento, levando a um reinício. Neste caso, o reinício é chamado de reinício porque a TRV de alta frequência o causa dentro de um quarto de período de frequência de rede após a interrupção.

Descarga de Baixa Energia no Reinício Indutivo

Diferentemente de um restriking em circuitos capacitivos, a energia entregue ao descarga de reinício indutivo é relativamente baixa, sendo principalmente a descarga da capacitância parasita. Uma corrente de reinício de alta frequência e breve fluirá, e a lacuna pode ou não se recuperar do evento. Durante o fluxo de corrente de reinício, a lacuna aberta atinge apenas uma tensão de rompimento ligeiramente maior. Após a interrupção da corrente de reinício, a TRV subsequente mais alta pode novamente levar a um reinício. Isso é mais provável de ocorrer porque, durante o breve período de condução, a corrente de frequência de rede no reator aumenta ligeiramente, causando a segunda TRV ser mais íngreme e potencialmente mais alta do que a anterior.

Múltiplos Reinícios e Escalada de Tensão

A sequência de reinícios é chamada de múltiplos reinícios, e o aumento gradual no valor da tensão de reinício é referido como (indutivo) escalada de tensão. Múltiplos reinícios podem ser particularmente desafiadores para disjuntores a gás e a óleo, motivo pelo qual a comutação de reator de derivação às vezes é chamada de "pesadelo dos disjuntores". Isso é especialmente verdadeiro porque a comutação de reator de derivação é uma operação diária, tornando-se uma fonte frequente de estresse para esses dispositivos.

Análise do Teste de Disjuntor SF6 com Múltiplos Reinícios

Na figura dada para o teste de um disjuntor SF6, sete reinícios podem ser observados antes que a recuperação seja alcançada. Imediatamente após cada reinício, uma corrente de reinício de muito alta frequência mantém a lacuna condutiva por aproximadamente 100 μs. A tensão máxima atingida no reator de carga é 2,3 p.u.. Sem os reinícios, a tensão máxima teria sido 1,08 p.u. devido à corrente de corte muito pequena. O valor máximo da tensão de recuperação transitória (TRV) é 3,3 p.u..

Observações Chave:

• Múltiplos Reinícios: Apesar da corrente de corte muito pequena, a tensão da carga aumenta significativamente após múltiplos reinícios. Isso destaca o impacto crítico dos reinícios nos níveis de tensão do sistema.

• Corrente de Reinício de Alta Frequência: A corrente de reinício é caracterizada por sua frequência muito alta, que mantém a lacuna condutiva por um breve período (aproximadamente 100 μs). Esta duração curta de condução permite que a tensão se acumule rapidamente, levando a reinícios subsequentes.

• Escalada de Tensão: A tensão máxima no reator de carga atinge 2,3 p.u., que é mais do que o dobro da tensão esperada sem reinícios (1,08 p.u.). O valor máximo de TRV de 3,3 p.u. enfatiza ainda mais a gravidade da escalada de tensão causada por múltiplos reinícios.

Prevenção de Múltiplos Reinícios na Comutação de Reator de Derivação

Múltiplos reinícios durante a comutação de reator de derivação podem ser efetivamente evitados através de técnicas de comutação controlada. Em vez de depender da separação aleatória dos contatos, a comutação controlada garante que os contatos se separem bem antes do ponto de zero de corrente. Esta abordagem oferece várias vantagens:

• Evitar Tempos de Arco Curtos: Separando os contatos antecipadamente, o tempo de arco é estendido, permitindo que a lacuna alcance um espaçamento suficiente antes que a corrente naturalmente atinja zero. Isso reduz o risco de reinício, pois a lacuna está melhor preparada para suportar a tensão de recuperação transitória (TRV).

• Interrupção Oportuna: A comutação controlada garante que a interrupção ocorra quando a lacuna já atingiu um espaçamento suficiente. Este timing minimiza a probabilidade de reinício e ajuda a manter o desempenho estável do sistema.

• Redução da Escalada de Tensão: Ao prevenir reinícios, a comutação controlada também mitiga o risco de escalada de tensão. A tensão do sistema permanece mais próxima dos valores esperados, reduzindo o estresse na isolação e em outros componentes.

Benefícios da Comutação Controlada

• Confiabilidade Aumentada: A comutação controlada melhora a confiabilidade geral do disjuntor, especialmente em aplicações envolvendo reatores de derivação. Ela reduz a ocorrência de múltiplos reinícios, que podem levar a danos no equipamento ou instabilidade do sistema.

• Desempenho Melhorado: Evitando reinícios, a comutação controlada garante que o disjuntor opere dentro de seus parâmetros de projeto, mantendo o desempenho ótimo e prolongando a vida útil do equipamento.

• Economia de Custos: Reduzir a frequência de reinícios pode levar a economias de custos, minimizando as necessidades de manutenção e prevenindo falhas potenciais no equipamento.