Teste de Resistência Mecânica para Disjuntores: Padrões Desafios e Melhores Práticas
Teste de Resistência Mecânica
A resistência mecânica dos disjuntores é testada de acordo com a IEC 62271-100, exigindo 10.000 operações (classe M2). Durante o teste em um laboratório no exterior, o primeiro protótipo falhou após 6.527 operações devido a uma fratura da mola de disparo. O laboratório aceitou essa falha isolada, atribuindo-a a problemas de instalação da mola. Um segundo protótipo foi testado, mas também falhou após mais de 6.000 operações devido a outra quebra da mola de disparo. Consequentemente, o laboratório de testes emitiu apenas um relatório de resistência mecânica para 2.000 operações (classe M1).
Análise da Causa Raiz: A fratura originou-se de marcas de martelamento na máquina no ponto de dobragem da mola durante a fabricação, criando um ponto fraco que falhou após milhares de operações. Embora o disjuntor de 36 kV tenha alcançado apenas uma classificação de resistência mecânica M1 (2.000 operações), a alta autoridade e credibilidade do relatório de teste KEMA - válido para sistemas de 50/60 Hz e terra/sem terra - permitiram vendas bem-sucedidas na América Latina, Europa, Sudeste Asiático e outros mercados globais.
Para chaves de aterramento e disjuntores extraíveis, as diferenças nos testes de durabilidade mecânica são mostradas na Tabela 1. Geralmente, os clientes da IEC aceitam que os carrinhos de disjuntores extraíveis sejam usados apenas para manutenção. Assim, o cumprimento dos requisitos internacionais dos clientes pode ser atendido realizando apenas 25 ciclos de inserção e retirada, conforme especificado na IEC 62271-200, cláusula 6.102.1.
Verificação da Capacidade de Comutação e Fechamento
Os testes de comutação e fechamento para disjuntores são realizados em várias configurações, dependendo da aplicação: disjuntores autônomos (não alojados), disjuntores extraíveis montados em equipamentos de teste ou disjuntores extraíveis instalados em quadros de distribuição. Quando o quadro de distribuição e o disjuntor são testados juntos, os testes de comutação e fechamento são realizados dentro do quadro de distribuição montado. Para testes de tipo autônomos, recomenda-se fornecer um compartimento extraível dedicado para testes.
Os testes de comutação da IEC para disjuntores definem várias sequências de testes. Os clientes podem selecionar diferentes sequências. Por exemplo, a Sequência 1 consiste em 274 operações de interrupção (130 T10, 130 T30, 8 T60 e 6 T100s). Para melhorar a eficiência de custo e tempo - já que os laboratórios de teste cobram com base na duração do teste - os clientes frequentemente optam pela Sequência 3, totalizando 72 operações (3 T10/T30, 60 T60 e 6 T100s). Embora o número de operações seja reduzido, a energia total é aumentada. No entanto, comparado ao padrão de teste de 50 interrupções de capacidade total comumente usado internamente, o teste IEC permanece significativamente menos severo. A Tabela 2 destaca as contagens de operações de comutação definidas na IEC 62271-100 para testes de resistência.
Para disjuntores destinados a aplicações de 50 Hz e 60 Hz, a diretriz STL especifica as frequências de teste como mostrado na Tabela 3 para validar a adequação e emitir um relatório de teste de tipo. Para atender aos requisitos de dupla frequência, são necessários apenas testes básicos de comutação (classe E1) em 50 Hz e 60 Hz. O teste de resistência pode ser realizado em 50 Hz ou 60 Hz. Da mesma forma, o teste de sequência O-0,3 s-CO-15 s-CO requer apenas testes básicos. Embora os requisitos de teste variem para diferentes sistemas de aterramento neutro, isso não afeta o teste de resistência.
Teste de Arco Interno
Tensão de Teste: Conforme a IEC 62271-200, Anexo AA.4.2, o teste deve ser realizado em qualquer tensão adequada que não exceda a tensão nominal. Se for selecionada uma tensão inferior à tensão nominal, as seguintes condições devem ser atendidas:
a) A corrente média RMS calculada deve satisfazer os requisitos de corrente em AA.4.3.1;
b) O arco não deve extinguir-se prematuramente em nenhuma etapa.
A extinção temporária de fase única é permitida se a duração cumulativa das interrupções de corrente não exceder 2% da duração total do teste, e nenhuma interrupção individual dure mais do que o próximo zero de corrente esperado. A integral da componente de corrente CA deve ser pelo menos igual ao valor especificado em AA.4.3.1.
De acordo com a diretriz STL, durante os testes de arco trifásico e bifásico, as duas fases podem ser alimentadas por uma fonte de corrente em uma tensão inferior ao valor nominal, enquanto a terceira fase é alimentada por uma fonte de tensão separada em Ur/√3. Nos testes monofásicos, o arco deve ser iniciado entre a fase central e o solo. O circuito pode ser alimentado por uma fonte de corrente em uma tensão inferior ao valor nominal, desde que a fonte de tensão tenha potência de curto-circuito suficiente para detectar claramente a quebra de tensão e distingui-la de interferências.
Para um quadro de distribuição de 17,5 kV, o teste de falha de arco interno é realizado a 7,1 kV, o que é documentado no relatório de teste.
Condições de Teste e Disposição do Equipamento:
É permitido realizar testes sequenciais em diferentes seções não testadas de uma unidade única. O laboratório não é responsável por fornecer ou organizar dutos de cabos. A disposição do teste deve ser detalhada no relatório de teste. Se um tipo de unidade funcional não for destinado a ser usado como unidade final em condições de serviço, durante o teste, duas ou mais unidades funcionais devem ser dispostas na montagem, colocando a unidade testada o mais próximo possível do lado e longe da parede simulada da sala.
O teto deve estar a pelo menos 200 mm ± 50 mm acima do objeto de teste. O caminho de abertura do painel de alívio de pressão não deve atingir o teto. Os resultados do teste são válidos para todas as distâncias entre o objeto de teste e o teto maiores que a distância de configuração do teste. A amostra de teste deve ser testada em sua configuração operacional real. Para quadros de distribuição com abas de ventilação articuladas, as alavancas de operação removíveis não precisam ser instaladas, mas a aba deve estar na posição aberta durante o teste de arco interno. Como mostrado na Figura 4, a configuração de teste de arco interno para um quadro de distribuição de 17,5 kV envolve quatro unidades de quadro de distribuição em fila. O teste é realizado nos três compartimentos de alta tensão da unidade final à esquerda. O topo do gabinete está a 600 mm abaixo do teto, com uma placa refletora instalada para evitar a reflexão do arco do teto e a queima de indicadores horizontais. Um carrinho isolador de teste substitui o disjuntor para o teste, e a placa de proteção interna na porta de ventilação inferior está na posição aberta.
Notas Adicionais sobre Testes IEC
Os testes IEC resultam em certificados de teste de tipo separados para diferentes itens de teste, incluindo:
Certificado de teste de tipo para desempenho de isolamento
Certificado de teste de tipo para desempenho de fechamento e interrupção de curto-circuito
Certificado de teste de tipo para desempenho de arco interno
Os seguintes desenhos e documentação do fabricante devem ser fornecidos para demonstrar a consistência entre o quadro de distribuição testado e os desenhos de projeto de suporte. O laboratório de teste verificará a amostra medindo e verificando os desenhos, especificações de barras coletoras, espaçamento de suportes, etc., em relação à documentação fornecida. Quaisquer desvios são registrados.
a) Diagrama de linha única do quadro de distribuição e equipamento de controle, incluindo nomes de tipos de componentes.
b) Desenho de disposição geral (desenho de montagem), incluindo:
Dimensões gerais
Dimensões do sistema de barras coletoras
Estrutura de suporte
Espaçamentos elétricos
Materiais dos principais componentes
c) Desenhos de identificação do quadro de distribuição conforme detalhado nas diretrizes relevantes STL.
