Análise de Falhas Comuns e Medidas Corretivas para Disjuntores a Vácuo de Média Tensão
O Papel dos Disjuntores a Vácuo nos Sistemas de Subestações e Análise de Falhas Comuns
Quando ocorrem falhas no sistema de subestação, os disjuntores a vácuo desempenham um papel crítico de proteção, interrompendo sobrecargas e correntes de curto-circuito, garantindo a operação segura e estável dos sistemas de energia. É essencial reforçar a inspeção e manutenção rotineiras dos disjuntores a vácuo de média tensão (MV), analisar as causas comuns de falhas e implementar medidas corretivas eficazes para melhorar a confiabilidade da subestação, proporcionando assim maiores benefícios econômicos e sociais.
1. Estrutura dos Disjuntores a Vácuo
1.1 Componentes Básicos
Um disjuntor a vácuo tipicamente consiste nos seguintes componentes principais: mecanismo de operação, unidade de interrupção de corrente, sistema de controle elétrico, suporte isolante e estrutura de base.
Os mecanismos de operação podem ser classificados em eletromagnéticos, mola, ímã permanente, pneumáticos e hidráulicos. Com base na posição relativa do mecanismo de operação e do interruptor, os disjuntores a vácuo são ainda categorizados como integrados, suspensos, modular totalmente fechado, montados em pedestal ou de piso.
1.2 Interruptor a Vácuo
O interruptor a vácuo é o componente central que permite a operação adequada do disjuntor a vácuo. Ele compreende uma envelopa isolante, escudo, acordeão, haste condutora, contatos móveis e fixos, e tampas de extremidade.
Para manter a extinção eficaz do arco, o vácuo interno deve ser preservado—geralmente a uma pressão abaixo de 1,33×10⁻² Pa. Avanços significativos foram feitos nos materiais, processos de fabricação, estrutura, tamanho e desempenho dos interruptores a vácuo.
A envelopa isolante é comumente feita de cerâmica de alumina ou vidro. As envelopas de cerâmica oferecem maior resistência mecânica e estabilidade térmica e agora são amplamente adotadas. O contato móvel está localizado na parte inferior, conectado à haste condutora. Um guia garante o movimento preciso e suave vertical.
Para monitorar o desgaste dos contatos, um marcador de ponto é colocado na superfície externa do interruptor. Observando o deslocamento deste marcador em relação à extremidade inferior, pode-se estimar o grau de erosão do contato.
O caminho da corrente e a interrupção do arco ocorrem na lacuna entre os contatos móveis e fixos. Os componentes metálicos são suportados e selados pela envelopa isolante, que é soldada ao escudo, contatos e outras partes metálicas para manter a integridade do vácuo.
O escudo de aço inoxidável, flutuante eletricamente e circundando os contatos, desempenha um papel vital: durante a interrupção da corrente, ele captura vapor metálico do arco, impedindo a deposição no isolante e preservando a força da isolação interna.
2. Falhas Comuns nos Disjuntores a Vácuo de Média Tensão
2.1 Redução do Nível de Vácuo
A perda de vácuo é uma falha crítica, mas frequentemente não detectada. Muitas instalações carecem de equipamentos de monitoramento quantitativo ou qualitativo de vácuo, complicando o diagnóstico.
A degradação do vácuo encurta a vida útil do disjuntor, prejudica a capacidade de interrupção de corrente e pode levar a falhas catastróficas ou explosões. As causas incluem:
Características mecânicas pobres, como excesso de sobrecurso, rebote de contato ou assincronismo de fase.
Viagem excessiva da ligação durante a operação.
Defeitos de fabricação na garrafa de vácuo (por exemplo, vedação inadequada ou defeitos de material).
Vazamento no acordeão devido a fadiga ou danos.
2.2 Falha de Isolamento
Muitos disjuntores a vácuo usam isolamento composto, embutindo o interruptor em uma carcaça de resina epóxi. No entanto, se as partes de alta tensão não forem totalmente encapsuladas, fatores ambientais podem comprometer o isolamento.
O calor gerado durante a operação pode ainda mais degradar o desempenho do isolamento, aumentando o risco de falha.
2.3 Rebote Excessivo de Contato e Operação Assíncrona
O rebote prolongado de contato durante o fechamento e a operação de abertura/fechamento assíncrona podem resultar de:
Desempenho mecânico subpadrão do disjuntor.
Hastes isolantes ou estruturas de suporte defeituosas.
Desalinhamento entre o plano de contato e o eixo central do disjuntor.
2.4 Armazenamento Incompleto de Energia da Mola
Após o fechamento, o mecanismo de mola pode falhar em armazenar energia completamente devido a:
Desconexão prematura do circuito de armazenamento causada por configurações inadequadas do interruptor de limite.
Deslizamento de engrenagens devido a desgaste severo.
Envelhecimento do motor de armazenamento.
Tensão elevada da mola causando viagem incompleta do eixo.
2.5 Malfuncionamento e Falha de Operação
Deformação do contato: Materiais de contato macios podem deformar-se após operações repetidas, levando a mau contato e perda de fase.
Falha de disparo: Causada por engajamento insuficiente do travamento de disparo, deslizamento de pinos, baixa tensão de disparo ou mau contato do interruptor auxiliar.
Falha de fechamento: Resulta de baixa tensão de fechamento, placas de ligação deformadas, dimensões incorretas do travamento, erros de fiação ou mau contato do interruptor auxiliar.
3. Medidas de Prevenção e Remediação de Falhas
3.1 Prevenção da Degradação do Vácuo
A inspeção regular da garrafa de vácuo é essencial. Use um teste de vácuo para medição quantitativa ou realize testes de resistência de voltagem para avaliação qualitativa. Se for detectada a perda de vácuo, substitua o interruptor e reteste o sobrecurso, a sincronização e o rebote para garantir a conformidade.
3.2 Prevenção e Tratamento de Falhas de Isolamento
Aplique a tecnologia APG (Gelação Automática por Pressão) e colunas de pólos solidamente seladas para encapsular o interruptor e terminais de saída. Isso reduz o tamanho e protege contra efeitos ambientais.
Realize testes regulares de desempenho de isolamento e preveja a vida útil do isolamento usando equipamentos especializados. Siga procedimentos rigorosos de instalação, comissionamento e manutenção para prevenir erros humanos. Limpe e inspecione regularmente os isoladores e hastes de tração para prevenir falhas relacionadas a poeira.
3.3 Solução para Rebote de Contato e Assincronismo
Insira uma arruela plana entre a haste de tração isolante e a alavanca de transmissão para reduzir o rebote de contato. Ajuste o alinhamento vertical da face final do contato para minimizar o rebote.
Para operação assíncrona, use um teste de características de chave para medir o tempo de rebote de fechamento, tempos de operação trifásica e sincronização de fase. Com base nos resultados, ajuste o comprimento da haste de tração dentro dos limites especificados de viagem e sobrecurso para alcançar a sincronização.
3.4 Resolução do Armazenamento Incompleto da Mola
Substitua motores de armazenamento envelhecidos.
Melhore a precisão de montagem dos componentes de disparo e intertravamento.
Aprimore o tratamento térmico das engrenagens de armazenamento para prevenir desgaste e deslizamento.
3.5 Prevenção de Malfuncionamento e Falha de Operação
Aumente a confiabilidade do circuito de controle, assegurando contatos de interruptores auxiliares e otimizando mecanismos de ligação para prevenir deformação ou desalinhamento. Garanta conexões de fiação confiáveis.
Mantenha um ambiente de operação limpo e lubrifique as partes móveis para prevenir falhas causadas por ferrugem e contaminação.
Para falhas no circuito de fechamento, inspecione o interruptor auxiliar montado na base. Use um multímetro para verificar a continuidade no plugue secundário. Se o plugue estiver aberto, teste a continuidade entre os terminais do interruptor auxiliar e o plugue para localizar a falha.
4. Conclusão
Em resumo, para garantir a operação confiável dos disjuntores a vácuo, as empresas e o pessoal devem identificar as causas raiz das falhas comuns—como perda de vácuo, falha de isolamento, rebote de contato, problemas de armazenamento da mola e malfuncionamento—and implementar medidas preventivas e corretivas eficazes. A manutenção proativa e a otimização técnica são fundamentais para minimizar falhas e melhorar a segurança, eficiência e longevidade dos sistemas de subestação.
