Testes no Local de Relés de Densidade de Gás SF6: Questões Relevantes

Introdução

O gás SF6 é amplamente utilizado como meio isolante e extintor de arco em equipamentos elétricos de alta e extra-alta tensão devido às suas excelentes propriedades de isolamento, extinção do arco e estabilidade química. A resistência ao isolamento e a capacidade de extinção do arco dos equipamentos elétricos dependem da densidade do gás SF6. Uma diminuição na densidade do gás SF6 pode levar a dois principais perigos:

• Redução da resistência dielétrica do equipamento;

• Diminuição da capacidade de interrupção dos disjuntores.

Além disso, a fuga de gás frequentemente leva à entrada de umidade, aumentando o teor de umidade do gás SF6 e degradando ainda mais o desempenho do isolamento. Portanto, o monitoramento da densidade do gás SF6 é essencial para garantir a operação segura do equipamento.

Um relé de densidade de gás SF6 (também conhecido como monitor de densidade, controlador ou manômetro de densidade) é instalado em equipamentos elétricos de SF6 para refletir as mudanças na densidade interna do gás. Ele detecta variações de pressão para indicar mudanças de densidade, emitindo um sinal de alarme quando a densidade cai para um nível de alarme pré-definido e bloqueando operações de comutação se diminuir ainda mais para um nível de bloqueio. Dado que seu desempenho afeta diretamente a segurança do equipamento, testes regulares de sua confiabilidade e precisão são cruciais.

1. Tipos e Princípios de Funcionamento dos Relés de Densidade de Gás SF6

1.1 Relés de Densidade Mecânicos de Gás

Os relés mecânicos podem ser classificados por estrutura em tipo campânula e tipo tubo de bimetálico, e por função, em aqueles com exibição de pressão e sem. Ambos os tipos usam compensação de temperatura para monitorar a densidade do gás.

Tomando como exemplo o tipo campânula típico (veja a Figura 1):

• Uma câmara pré-carregada é preenchida com gás SF6 na mesma pressão que a câmara monitorada;

• Uma campânula metálica está conectada à câmara monitorada;

• Quando ocorre uma fuga, a pressão interna na campânula diminui, criando uma diferença de pressão que comprime a campânula. Este movimento ativa um microinterruptor via ligação mecânica, acionando um sinal de alarme ou bloqueio.

Como a câmara pré-carregada está no mesmo ambiente, as mudanças de temperatura afetam ambos os lados igualmente, permitindo a compensação automática de temperatura.

Figura 1. Princípio do Relé de Densidade de Gás Mecânico
(Nota: 4—microinterruptor; 3—tira bimetálica; 2—campânula metálica; 1—câmara pré-carregada)

1.2 Relés de Densidade Digitais de Gás

Estes relés exploram a forte eletronegatividade das moléculas de SF6. Uma fonte de partículas alfa em uma câmara de ionização ioniza o gás, e sob um campo elétrico DC aplicado, forma-se uma corrente de íons. Esta corrente é proporcional à densidade do gás. À medida que a densidade diminui, a corrente de saída diminui, permitindo o monitoramento em tempo real.

Vantagens dos relés de densidade digitais incluem:

• Exibição digital direta da pressão, pressão equivalente a 20°C e temperatura do equipamento;

• Compatibilidade com sistemas de computador para monitoramento online;

• Capacidade de traçar curvas de tendência de vazamento, suportando manutenção baseada em condições;

• Medição em escala completa sem troca de faixas, com parâmetros ajustáveis no campo;

• Saída de sinais de alarme de reabastecimento de gás e contato de bloqueio por baixa pressão.

Figura 2. Princípio do Relé de Densidade de Gás Digital
(Nota: Partículas alfa na câmara de ionização ionizam o gás SF6; elétrons migram para o ânodo, íons positivos retornam ao emissor, gerando uma corrente que é amplificada e emitida)

2. Necessidade de Testes In Situ dos Relés de Densidade

Os relés de densidade podem ser testados in situ ou em laboratório. Embora o teste em laboratório ofereça maior precisão, apresenta várias desvantagens:

• A desmontagem quebra o selo original, tornando difícil garantir a remontagem e o selo novamente;

• Instrumentos de precisão podem perder a calibração devido a choques durante o transporte;

• Agendas de manutenção apertadas tornam a desmontagem e remontagem processos demorados.

Portanto, recomenda-se o teste in situ sempre que possível, pois é mais eficiente e seguro.

3. Instrumentos Utilizados para Testes In Situ

Como o equipamento elétrico de SF6 não deve ser contaminado com óleo ou outros gases, somente o gás SF6 pode ser usado como meio de teste. Um dispositivo de calibração ideal deve ter:

• Um cilindro integrado de gás SF6;

• Pressão ajustável;

• Compensação e conversão de temperatura automáticas.

Este artigo introduz a Unidade de Calibração de Relé de Densidade de Gás SF6 JMD-1A, que possui as seguintes características:

• Cilindro de SF6 embutido e sistema de regulação de pressão;

• Isola o circuito de gás do equipamento durante o teste, usando seu próprio suprimento de gás;

• Converte automaticamente os valores medidos para pressão padrão a 20°C;

• Requer recalibração anual na fábrica para garantir a precisão;

• Classe de precisão 0,5, atendendo ao requisito de que “o erro do instrumento padrão não deve exceder um terço do erro do instrumento testado” (relés testados geralmente estão abaixo da classe 1,5), plenamente satisfazendo os requisitos in situ.

4. Conteúdo de Teste para Relés de Densidade de Gás

4.1 Padrões e Frequência de Teste

De acordo com GB50150-1991 e DL/T596-1996:

• Equipamentos novos devem passar por testes de relé de densidade antes de serem colocados em operação;

• Equipamentos em serviço devem ser testados a cada 1-3 anos, após manutenção principal ou quando necessário;

• Os valores de ação devem estar de acordo com as especificações técnicas do fabricante;

• O erro de indicação do manômetro e a histerese devem estar dentro dos limites permitidos para a classe de precisão especificada.

4.2 Itens de Teste

Os principais itens de teste incluem:

• Pressão de ativação do alarme (refil de gás);

• Pressão de ativação do bloqueio;

• Pressão de retorno do bloqueio;

• Pressão de retorno do alarme;

• Se equipado com manômetro, sua indicação também deve ser testada.

Requisitos de teste do manômetro:

• Pelo menos 5 pontos de teste distribuídos uniformemente no intervalo;

• Dois ciclos completos de pressurização e depressurização;

• Pressão aplicada lentamente e de maneira constante, com leituras tomadas em cada ponto;

• O erro máximo de indicação dos dois ciclos é considerado o resultado final.

Requisitos de valor de ação:

• Devem estar de acordo com as especificações do fabricante;

• A diferença entre a pressão de ativação e a pressão de retorno deve ser menor que 0,02 MPa;

• Todos os valores de pressão devem ser convertidos para valores padrão a 20°C;

• Registre a temperatura ambiente, a pressão medida e a pressão convertida a 20°C.

5. Métodos de Conexão Entre o Relé de Densidade e o Equipamento

Existem quatro tipos de conexão comuns:

• Com Válvula de Isolamento
       Uma válvula (FA) é instalada entre o relé e o equipamento. Durante o teste, feche a FA, conecte a cabeça de teste, então abra a FB para iniciar o teste.

• Com Válvula Anti-retorno
       Após remover o relé, a válvula anti-retorno isola automaticamente o lado do equipamento, permitindo a conexão direta do dispositivo de teste à porta externa.

• Com Válvula Anti-retorno + Parafuso Plunger (veja a Figura 3)
       Não é necessária desmontagem. Desaperte o parafuso plunger em W2; a válvula anti-retorno F1 isola automaticamente o caminho de gás, permitindo a conexão direta da cabeça de teste.

Figura 3. Esquema do Relé de Densidade com Válvula Anti-retorno e Parafuso Plunger
(Etiquetas: B1—relé de densidade; W1—porta de carregamento de gás; W2—porta de teste; MA—manômetro; F1—válvula anti-retorno)

• Conexão Direta Sem Isolamento
       Esta é uma designação irracional. Se o relé falhar, não pode ser substituído ou testado online e deve aguardar até a grande revisão. Recomenda-se instalar válvulas de isolamento durante a revisão para futuras manutenções.

Conclusão: Os três primeiros tipos de conexão permitem testes in situ; o quarto não.

6. Precauções para a Calibração In Situ

• Operação com Energia Desligada: O teste deve ser realizado com o equipamento desenergizado. Desconecte a energia de controle e isole os contatos de alarme/bloqueio no terminal para evitar a operação indesejada do circuito secundário.

• Confirmação do Tipo de Conexão: As estruturas de conexão variam entre os equipamentos. Confirme o tipo antes da desmontagem para evitar operações incorretas e fugas de gás.

• Restauração das Válvulas de Isolamento: Após o teste, certifique-se de que todas as válvulas de isolamento estejam restauradas em suas posições corretas e verificadas.

• Limpesa das Conexões: Limpe todas as conexões de tubulação antes e depois do teste. Se necessário, enxágue com uma pequena quantidade de gás SF6 para evitar contaminação ou entrada de umidade.

• Proteção de Vedação: Proteja as superfícies de vedação, substitua por novas juntas e realize detecção de vazamento após a remontagem.

• Conversão de Unidades de Pressão: O tester JMD-1A exibe pressão manométrica. Se o relé usar pressão absoluta (por exemplo, disjuntor ABB LTB145D), converta as unidades antes da comparação.

7. Conclusão

O relé de densidade de gás SF6 é um componente crítico que garante a operação segura dos equipamentos elétricos de SF6. Seu desempenho operacional afeta diretamente a confiabilidade do sistema. Portanto, testes in situ regulares devem ser realizados de acordo com as regulamentações relevantes para garantir a precisão e confiabilidade. Durante os testes, é essencial seguir estritamente os ciclos, procedimentos e precauções prescritos para eliminar riscos de segurança e evitar conclusões errôneas.