Diferença típica entre equipamentos de chaveamento SF6 e vácuo em alta tensão

Comparação entre Interrutores a Vácuo e SF6 em Equipamentos de Alta Tensão

Quando se trata de interromper correntes de defeito, especialmente aquelas associadas a uma taxa muito acentuada de recuperação da tensão transitória (TRV), os interrutores a vácuo têm uma vantagem significativa sobre os interrutores de SF6 (hexafluoreto de enxofre) devido às suas características superiores de recuperação dielétrica. Aqui está uma comparação detalhada, incluindo as principais diferenças nas estatísticas de quebra, comportamento de quebra tardia e desempenho em aplicações específicas, como comutação de cargas indutivas e bancos de capacitores.

1. Recuperação Dielétrica e Tensão Transitória de Recuperação (TRV)

• Interrutores a Vácuo:

• Recuperação Dielétrica Rápida: Os interrutores a vácuo são conhecidos por sua recuperação dielétrica extremamente rápida, o que é crucial ao lidar com taxas elevadas de TRV. Após a interrupção da corrente, a lacuna de vácuo rapidamente restaura suas propriedades isolantes, tornando-os altamente eficazes no manejo de condições de TRV acentuada.

• Desempenho Superior em TRV Acentuada: Este tempo rápido de recuperação permite que os interrutores a vácuo lidem com tensões de recuperação transitórias com uma taxa muito acentuada de aumento mais efetivamente do que os interrutores de SF6. A restauração rápida da isolação minimiza o risco de re-ignição durante a fase de TRV.

• Interrutores de SF6:

• Recuperação Dielétrica Mais Lenta: Os interrutores de SF6, embora ainda eficazes, têm uma recuperação dielétrica mais lenta em comparação com os interrutores a vácuo. Isso significa que, durante um evento de TRV acentuada, existe um risco maior de re-ignição ou quebra antes que a isolação seja totalmente restaurada.

• Menos Adequados para TRV Acentuada: Em aplicações onde a TRV tem uma taxa muito acentuada de aumento, os interrutores de SF6 podem não se desempenhar tão bem quanto os interrutores a vácuo, potencialmente levando a um estresse maior no interrupor e um risco aumentado de falha.

2. Estatísticas de Quebra

• Interrutores a Vácuo:

• Tensão de Quebra Elevada: Em princípio, as lacunas de vácuo têm uma tensão de quebra muito alta, o que as torna altamente confiáveis na maioria das condições de operação.

• Pequena Probabilidade de Quebra em Tensão Moderada: Apesar da tensão de quebra elevada, ainda existe uma probabilidade muito pequena de quebra ocorrer em tensões relativamente moderadas. No entanto, esta probabilidade é extremamente baixa e geralmente não é uma preocupação em aplicações práticas.

• Interrutores de SF6:

• Tensão de Quebra Inferior: As lacunas de SF6 geralmente têm uma tensão de quebra inferior em comparação com as lacunas de vácuo, o que significa que são mais suscetíveis a quebras sob certas condições.

• Desempenho Mais Consistente: Embora os interrutores de SF6 possam ter uma tensão de quebra inferior, tendem a ter um desempenho mais previsível e consistente em uma ampla gama de condições de operação.

3. Comportamento de Quebra Tardia

• Interrutores a Vácuo:

• Quebra Tardia Espontânea: Uma característica única dos interrutores a vácuo é que eles podem experimentar quebra tardia espontânea, que pode ocorrer até vários centésimos de milissegundos após a interrupção da corrente. Este fenômeno é raro, mas pode acontecer devido à ionização residual ou outros fatores.

• Consequências Limitadas: As consequências desses eventos de quebra tardia são mínimas, pois a lacuna de vácuo imediatamente restaura sua isolação após a quebra. Esta propriedade de autocura garante que o interrupor permaneça funcional e seguro.

• Interrutores de SF6:

• Sem Quebra Tardia: Os interrutores de SF6 não exibem comportamento de quebra tardia, pois o gás SF6 se de-ioniza rapidamente após a interrupção da corrente, restaurando as propriedades isolantes da lacuna.

4. Desempenho na Comutação de Cargas Indutivas

• Interrutores a Vácuo:

• Taxa de Re-ignição Maior: Na comutação de cargas indutivas, particularmente ao comutar reatores shunt, os interrutores a vácuo tendem a experimentar um número significativamente maior de re-ignições repetidas em um zero de corrente de frequência de rede. Isso é devido à recuperação dielétrica rápida, que pode levar à re-ignição se a TRV exceder a capacidade do interrupor.

• Estratégias de Mitigação: Para mitigar este problema, medidas especiais, como resistores de pré-inserção ou circuitos amortecedores, podem ser usadas para limitar a TRV e reduzir a probabilidade de re-ignição.

• Interrutores de SF6:

• Taxa de Re-ignição Menor: Os interrutores de SF6 geralmente têm uma taxa de re-ignição menor em aplicações de comutação de cargas indutivas. Isso ocorre porque a recuperação dielétrica mais lenta do SF6 permite uma construção gradual da isolação, reduzindo as chances de re-ignição.

5. Comutação de Bancos de Capacitores

• Interrutores a Vácuo:

• Preocupações com Arco Pré-impacto: Ao comutar bancos de capacitores, os interrutores a vácuo devem evitar correntes de entrada muito altas. O arco pré-impacto, que pode ocorrer antes que os contatos se fechem completamente, pode deteriorar as propriedades dielétricas do sistema de contatos, levando a potenciais falhas.

• Medidas de Mitigação: Para prevenir isso, os equipamentos de comutação a vácuo para bancos de capacitores frequentemente incluem recursos como resistores de pré-inserção ou mecanismos de fechamento controlado para limitar a corrente de entrada e proteger o interrupor.

• Interrutores de SF6:

• Melhor Manejo de Correntes de Entrada: Os interrutores de SF6 são geralmente mais adequados para a comutação de bancos de capacitores, pois podem lidar com correntes de entrada mais altas sem uma deterioração significativa da isolação. Isso os torna a escolha preferida para aplicações onde correntes de entrada altas são esperadas.

6. Projeto do Sistema de Contatos

Os sistemas de contatos dos disjuntores a vácuo e de SF6 diferem no projeto para acomodar seus respectivos princípios de operação:

• Disjuntor de SF6 (Esquerda):

• O sistema de contatos em um disjuntor de SF6 é projetado para funcionar com o meio gasoso, que fornece excelentes propriedades de extinção de arcos. Os contatos são tipicamente maiores e mais robustos para lidar com as correntes mais altas e dissipação de energia associadas ao SF6.

• Disjuntor a Vácuo (Direita):

• O sistema de contatos em um disjuntor a vácuo é mais simples e compacto, pois o ambiente de vácuo fornece excelente isolamento e capacidades de extinção de arcos. Os contatos são geralmente feitos de materiais como ligas de cobre-tungstênio, que têm pontos de fusão elevados e boa condutividade.

Conclusão

Em resumo, os interrutores a vácuo se destacam em aplicações com tensões de recuperação transitória muito acentuadas devido à sua rápida recuperação dielétrica, tornando-os superiores no manejo de taxas de TRV elevadas. No entanto, eles podem experimentar mais re-ignições na comutação de cargas indutivas e requerem gerenciamento cuidadoso ao comutar bancos de capacitores para evitar arcos pré-impacto. Por outro lado, os interrutores de SF6 oferecem desempenho mais consistente em termos de estatísticas de quebra e são mais adequados para lidar com correntes de entrada altas, tornando-os a escolha preferida para a comutação de bancos de capacitores. A escolha entre interrutores a vácuo e de SF6 depende da aplicação específica e do tipo de carga sendo comutada.