Agrupamento de Disjuntores em Redes HVDC

Interruptores seccionadores de corrente contínua de alta tensão (HVDC):
Os interruptores seccionadores de corrente contínua de alta tensão (DS) são utilizados para desconectar várias circuitos em redes de transmissão HVDC. Por exemplo, o DS HVDC é aplicado a tarefas de comutação, como a comutação de corrente de carga de linha ou cabo, transferência de linha sem carga ou cabo, além de desconectar equipamentos que incluem um banco de conversores (válvula de tiristor), um banco de filtros e uma linha de aterramento. O DS HVDC também é aplicado a equipamentos de manobra DC para interromper a corrente residual ou de fuga através de um interrompedor após a limpeza de uma corrente de falha.

Figura 1: Exemplo de diagrama monopolar de interruptor seccionador HVDC em sistema HVDC bipolar

A Figura 1 mostra um exemplo de diagrama monopolar com equipamentos de comutação relacionados (exceto o disjuntor de transferência de retorno metálico) no sistema de transmissão HVDC bipolar no Japão. Em geral, os requisitos para DS e ES HVDC no sistema HVDC são semelhantes aos DS e ES HVAC usados no sistema AC, mas alguns equipamentos incluem requisitos adicionais dependendo de sua aplicação. A Tabela 1 apresenta as principais tarefas de comutação impostas a esses DS HVDC (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Tabela 1: Principais tarefas de comutação do interruptor seccionador (DS) aplicadas ao sistema HVDC bipolar

Grupos de interruptores seccionadores HVDC:
Grupo A: O DS é necessário para interromper a corrente de descarga da linha devido às cargas residuais de um cabo submarino que possui uma capacitância relativamente grande (aproximadamente 20 μF). A tensão residual induzida na linha após a parada do conversor é descarregada através de um circuito amortecedor no banco de conversores em ambas as C/Ss (Anan C/S e Kihoku C/S) até o solo. A constante de tempo de descarga é de aproximadamente 40 s, o que corresponde a um tempo de descarga de 3 minutos. A corrente de descarga foi definida em 0,1 A com base no valor calculado a partir da tensão residual de 125 kV e a resistência do circuito amortecedor na válvula de tiristor.

Grupo B: O DS é normalmente usado para comutar uma linha de transmissão com falha para uma linha neutra saudável, a fim de usar a linha neutra temporariamente ou permanentemente como linha de transmissão após o sistema ser completamente parado. Isso requer as mesmas especificações do DS do grupo A.

Grupo C: O DS é necessário para transferir a corrente nominal de carga do DS para o interruptor de passagem (BPS) conectado em paralelo com um banco de conversores para reiniciar a unidade. A especificação da corrente de transferência é de 2800 A neste projeto. A Figura 2 ilustra o processo de transferência de corrente nominal do DS para o BPS.

Inicialmente, a unidade superior do banco de conversores é parada e a unidade inferior do banco de conversores está em operação. Para operar a unidade superior a partir de uma condição de parada, o DS C1 é aberto para comutar a corrente nominal para o BPS. Com base na análise com um circuito equivalente do processo de transferência de corrente mostrado na Figura 2c, os requisitos para o DS do grupo C são dados pela tensão de 1 V CC a uma corrente nominal de 2800 A, onde a tensão foi calculada com a resistência e indutância por unidade de comprimento correspondentes ao comprimento de transferência de corrente, incluindo DC-GIS.

Figura 2: Operação de transferência de corrente do DS do grupo C. (a) posição fechada do DS, (b) posição aberta do DS, (c) circuito equivalente do DS

Grupo D: O DS é necessário para interromper a corrente de carga do banco de conversores quando uma unidade de banco de conversores é parada. Mesmo se a válvula de tiristor for parada, uma corrente de ondulação flui através da capacitância parasitária do banco de conversores. O resultado analítico mostra que é altamente provável que a corrente de ondulação seja cortada para menos de 1 A, e a tensão de recuperação devido à diferença entre a tensão DC residual do lado do conversor e a tensão DC do lado da linha, que inclui componentes de ondulação, é menor que 70 kV, conforme mostrado na Figura 3.

Figura 3: Diferença de tensão entre os contatos do DS

Conclusão sobre o agrupamento de interruptores seccionadores HVDC:
O desempenho de comutação de todos os DS HVDC dos grupos A a D foi projetado com base no DS AC, e seu desempenho foi confirmado por testes de fábrica com as condições de teste mostradas na Tabela 1. Não há diferenças significativas de design entre o DS HVAC e o DS HVDC, exceto a distância de rasteio, que é cerca de 20% maior para aplicações HVDC.

Figura 4: DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) utilizados para GIS de 500 kV-CC

Equipamentos de manobra isolados a gás (DC-GIS) compostos por vários DS HVDC e interruptores de aterramento (ES) também são aplicados em redes HVDC próximas à costa. A Figura 4 mostra um exemplo de DC-GIS incluindo DS DC e ES DC que foram instalados na estação de conversão no sistema HVDC bipolar, que foi comissionado em 2000.