Fusível Lento de Soltura: Causas Detecção & Prevenção

I. Estrutura do Fusível e Análise da Causa Raiz

Fusível lento para queimar:
De acordo com o princípio de design dos fusíveis, quando uma grande corrente de falha passa pelo elemento do fusível, devido ao efeito metálico (certos metais refratários tornam-se fundíveis sob condições específicas de ligas), o fusível derrete primeiro na bola de estanho soldada. O arco então vaporiza rapidamente todo o elemento do fusível. O arco resultante é rapidamente extinto pela areia de quartzo.

No entanto, devido a ambientes operacionais rigorosos, o elemento do fusível pode envelhecer sob os efeitos combinados da gravidade e da acumulação térmica. Isso pode levar à fratura do fusível mesmo sob corrente de carga normal. Como o fusível queima sob corrente normal, o processo de derretimento é lento. À medida que a resistência do fusível aumenta gradualmente, a amplitude da tensão de fase diminui, potencialmente causando o mal funcionamento dos relés de proteção associados.

Impacto do Fusível Lento do PT:
Se o fusível do lado de alta tensão do PT não for completamente limpo dentro do tempo especificado, a resistência do tubo do fusível aumenta continuamente, causando uma diminuição constante na tensão de saída secundária do transformador de tensão (TV).

II. Riscos do Fusível Lento do PT

• O sistema de excitação inicia a força de campo, levando à ativação da proteção contra sobrexitação e sobretensão.

• Mal funcionamento da proteção de falha de aterramento do estator.

• Sobrecarga do gerador e da turbina, que pode causar danos no equipamento em casos graves.

III. Análise da Causa Raiz

• Materiais diferentes usados nos contatos de inserção primários do transformador de tensão de saída causam camadas de oxidação e contato ruim; parafusos de conexão soltos aumentam o aquecimento no fusível.

• Temperatura ambiente elevada ao redor do fusível do PT. O elemento do fusível é feito de metal de baixo ponto de fusão e é muito fino—vibrações mecânicas sozinhas podem causar quebra.

• Fusíveis de PT de baixa qualidade são propensos a degradação ou falha prematura durante a operação.

• Sobretensões transitórias devido ao fechamento súbito do disjuntor ou aterramento intermitente por arco podem causar ferroressonância, levando ao rompimento de fusíveis primários e secundários nos transformadores de tensão.

• Corrente de saturação de baixa frequência pode causar o rompimento de fusíveis primários e secundários nos transformadores de tensão.

• Redução da isolação ou curto-circuito nas bobinas primária/secundária do transformador de tensão, ou degradação da isolação no supressor harmônico, pode causar o rompimento do fusível.

• Falhas unifásicas a terra podem levar ao sobreaquecimento do transformador de tensão.

• Os geradores geralmente são aterrados via um bobinado de supressão de arco no ponto neutro. No entanto, essa configuração pode amplificar a tensão de deslocamento do ponto neutro, fazendo com que uma ou duas fases suportem tensões significativamente acima do normal por períodos prolongados, levando ao rompimento do fusível do PT.

IV. Medidas Preventivas

• Para oxidação e contato ruim nos contatos primários devido a incompatibilidade de materiais, realize polimento das superfícies de contato durante a manutenção e aplique graxa condutiva.

• Para lidar com a qualidade instável do fusível, substitua periodicamente os fusíveis primários de alta tensão de acordo com o cronograma de manutenção do equipamento. As superfícies de contato devem ser desoxidadas e revestidas com graxa condutiva.

• Para sistemas com alta vibração: após empurrar o carrinho do PT para a posição de serviço, verifique se todas as conexões condutoras estão seguras e sem folga. Se necessário, retire o carrinho e aperte os parafusos. Durante paradas de unidade sem trabalho no primário do gerador ou nos circuitos de PT de saída do gerador, mantenha o PT de saída do gerador em espera (não o desconecte). Apenas abra o disjuntor secundário. Isso minimiza a inserção/remoção frequente, prevenindo a queda do fusível, danos mecânicos ou contato ruim com as molas de encaixe—reduzindo a probabilidade de falha do fusível de alta tensão. (Antes de colocar o gerador em espera quente, o pessoal de operação deve verificar a integridade do fusível primário do PT.)

• Durante falhas unifásicas a terra, se o gerador opera na frequência nominal, a sobretensão transitória nas fases saudáveis pode chegar a 2,6 vezes a tensão nominal de fase. Portanto, os transformadores de tensão de saída do gerador devem ser selecionados para suportar essas sobretensões:

• Resistência a sobretensão em estado estável ≥ tensão de linha

• Resistência a sobretensão transitória ≥ 2,6 × tensão nominal de fase
  A seleção do fusível do PT deve isolar não apenas curtos-circuitos internos do transformador, mas também proteger contra condições de sobretensão, como aumento de tensão e ferroressonância.

Supressão harmônica primária: Instale um transformador de tensão de aterramento entre o ponto neutro primário do VT e o solo. Isso suprime ou elimina efetivamente a sobretensão na bobina primária e previne a ferroressonância e o sobreaquecimento do transformador.

Supressão harmônica secundária: Instale um dispositivo de amortecimento (supressor harmônico secundário) através do delta aberto da bobina residual do VT. Supressores harmônicos baseados em microprocessador modernos detectam ressonância incipiente e conectam instantaneamente uma resistência de amortecimento para eliminar a ferroressonância. Quando o ponto neutro do gerador é aterrado via um bobinado de supressão de arco (cuja indutância é muito menor que a indutância de magnetização do VT), a sobretensão de ferroressonância é efetivamente prevenida. Portanto, a ferroressonância não precisa ser considerada na análise do rompimento do fusível do PT.

Coordene com o fabricante do sistema de excitação para garantir que o regulador de excitação inclua lógica para detectar rompimento lento do fusível primário do PT (considerando cenários de falha de fusível unifásico, bifásico e trifásico) e rupturas no circuito secundário. Ao detectar uma ruptura do PT, o canal principal de excitação deve trocar automaticamente do modo AVR para o modo FCR, ou trocar para o canal de backup. Ajuste as configurações de limiar na lógica de detecção de ruptura do PT para reduzir a ativação falsa da força de campo devido ao contato ruim no circuito do PT, melhorando assim a sensibilidade e confiabilidade do sistema.

V. Métodos para Detectar o Rompimento Lento do Fusível do PT

Critério 1: Introdução de Tensão Sequencial Zero e Negativa

a) Método de Tensão Sequencial Zero
Monitore a tensão de delta aberto no lado secundário do PT. Compare a tensão sequencial zero no terminal do gerador com a tensão sequencial zero no ponto neutro. Se a diferença absoluta exceder um limite pré-definido, indica-se um rompimento lento do fusível do PT. Nesse caso, o critério de corrente sequencial negativa do estator deve ser bloqueado.

b) Método de Tensão Sequencial Negativa
O sistema de excitação mede apenas a tensão no terminal do gerador, não a tensão no ponto neutro, tornando o método de tensão sequencial zero inaplicável. Em vez disso, decomponha a tensão secundária do PT para extrair o componente sequencial negativo. Se a tensão sequencial negativa exceder um limite definido, detecta-se um rompimento lento do fusível primário do PT. O critério de corrente sequencial negativa do estator também deve ser bloqueado.

Critério 2:
UAB – Uab > 5V
UBC – Ubc > 5V
UCA – Uca > 5V

Ponto-chave: Use métodos de comparação de tensão sequencial zero, negativa e tensão. Nunca use a tensão sequencial positiva (usada pelos relés de proteção) para detectar a falha do fusível primário do PT, pois a fase quebrada ainda induz tensão (não zero), o que pode não satisfazer os critérios de sequência positiva.

Um rompimento do fusível primário do PT causa desequilíbrio induzido na EFM secundária, resultando em tensão no delta aberto e acionando um alarme de sequência zero. Este fenômeno não ocorre com o rompimento de um fusível secundário—este é o critério de distinção primário entre falhas de fusíveis primários e secundários.

Um rompimento do fusível primário do PT reduz a tensão induzida secundária (porque as outras duas fases ainda produzem fluxo no núcleo), então a tensão de fase secundária correspondente diminui. Em contraste, um rompimento de fusível secundário remove a bobina do circuito, fazendo com que a tensão de fase caia para zero.