Análise Técnica Resistencia a Fallos Internos de Arco e Optimización de Unidades de Anel Principal Totalmente Aisladas con SF6 (RMUs)

As unidades de anel principal totalmente isoladas com SF6 (a partir de agora denominadas RMUs) compõem-se principalmente de unidades de interruptores de carga e aparelhos combinados de interruptor de carga-alta tensão e fusível (a partir de agora denominados aparelhos combinados). Dependendo das necessidades do utilizador, podem ser configuradas como estruturas de tanque comum ou unitizadas.

Nas aplicações práticas de engenharia, as ligações elétricas são geralmente estabelecidas utilizando barras de cobre solidamente isoladas montadas na parte superior ou barras de cobre plug-in montadas lateralmente. Entre os vários parâmetros técnicos, a corrente de transferência da unidade do aparelho combinado e a capacidade de fechamento da unidade do interruptor de carga representam desafios-chave no desenvolvimento. Além disso, devido ao crescente interesse em segurança, as falhas de arco interno têm atraído cada vez mais a atenção dos utilizadores nos últimos anos.

1. Análise de Questões Técnicas

Durante o desenvolvimento e produção de RMUs, os seguintes aspectos requerem uma consideração cuidadosa:

1.1 Corrente de Transferência

A corrente de transferência de um aparelho combinado refere-se à corrente simétrica trifásica na qual a função de interrupção transita do fusível para o interruptor de carga. Para correntes que excedam este valor, a interrupção é realizada exclusivamente pelos fusíveis. Nas gamas de corrente de defeito mais baixas, os tempos de fusão dos três fusíveis apresentam uma variabilidade inerente. O fusível com o tempo de fusão mais curto interrompe primeiro, e o seu striker ativa, acionando o mecanismo de desligamento para abrir o interruptor de carga.

A interrupção das duas fases restantes depende da comparação entre as características reais de tempo-corrente dos seus respectivos fusíveis (onde a corrente nas duas fases restantes é aproximadamente 87% da corrente trifásica) e o tempo de abertura do interruptor de carga iniciado pelo striker do fusível que interrompeu primeiro. Se a fusão for atrasada, as duas fases restantes são interrompidas pelo interruptor de carga. Assim, a interrupção da corrente de defeito nesta gama é compartilhada entre o fusível e o interruptor de carga.

A corrente de transferência do aparelho combinado é determinada por dois factores-chave: o tempo de disparo do interruptor de carga iniciado pelo striker do fusível e as características reais de tempo-corrente do fusível. A corrente de transferência nominal é um parâmetro técnico crítico, representando a corrente máxima que o interruptor de carga pode interromper de forma segura. Ao seleccionar fusíveis limitadores de corrente, as suas características de tempo-corrente devem ser avaliadas para garantir que a corrente de transferência resultante está abaixo da corrente de transferência nominal do aparelho combinado. Isto garante uma coordenação confiável e segura entre o interruptor de carga e o fusível, permitindo uma protecção eficaz das transformadoras.

1.2 Capacidade de Fechamento

Durante os testes de interruptores de carga, ocorrem ocasionalmente operações de fechamento sem sucesso, geralmente divididas em duas categorias: não cumprimento do número necessário de operações de fechamento ou incapacidade de fechar a correntes de curto-circuito nominais. A análise dos resultados dos testes indica que tais falhas são predominantemente causadas pela erosão excessiva dos contactos principais, o que compromete a sua capacidade de suportar a corrente de curto-circuito nominal.

Portanto, minimizar ou prevenir a erosão dos contactos principais é crucial para obter resultados de teste bem-sucedidos. Pesquisas e extensos testes demonstraram que adicionar contactos auxiliares feitos de liga de cobre-cromo de alto ponto de fusão aos contactos principais originais pode proteger indiretamente os contactos principais de cobre de menor ponto de fusão. A abordagem de design específica pode ser adaptada de forma flexível com base na estrutura de contacto utilizada, seja de movimento linear ou de tipo de lâmina rotativa.

2. Resistência a Falhas de Arco Interno

Um arco elétrico reage violentamente com o ar circundante, causando aumentos rápidos de temperatura e pressão. Se não for contido adequadamente, pode representar riscos graves para o pessoal e o equipamento. Os testes de falha de arco interno devem ser realizados separadamente para o compartimento de gás (compartimento do interruptor) e o compartimento do cabo do RMU. Para passar no teste, devem ser cumpridos os seguintes critérios:

• Os painéis e portas do quadro de distribuição devem permanecer fechados; uma deformação limitada é aceitável.

• A carcaça não deve romper-se, e nenhum fragmento pesando mais de 60 g pode ser ejetado.

• Não podem formar-se orifícios nas superfícies acessíveis do quadro de distribuição até uma altura de 2 m.

• Os indicadores horizontais e verticais utilizados durante o teste não devem ser inflamados pelos gases quentes.

• A carcaça deve permanecer ligada ao ponto de aterramento durante todo o teste.

2.1 Corrente Nominal de Interrupção de Curto-Circuito

A corrente nominal de interrupção de curto-circuito do aparelho combinado é determinada pelo fusível selecionado. As seguintes considerações aplicam-se:

• A corrente nominal de interrupção de curto-circuito do fusível deve ser maior ou igual à corrente de defeito máxima prevista no ponto de instalação no sistema de distribuição.

• A corrente nominal de interrupção de curto-circuito do fusível deve ser razoavelmente compatível com a corrente de suporte de curto-circuito nominal do interruptor de carga no aparelho combinado.

• Devem ser instalados três fusíveis do mesmo modelo e especificação; caso contrário, o desempenho de interrupção pode ser adversamente afetado.

• Os fusíveis devem ser corretamente e completamente instalados para garantir que o striker ative no momento apropriado e acione de forma confiável o mecanismo de desligamento do interruptor de carga.

• Após a operação de um ou dois fusíveis, todos os três devem ser substituídos, a menos que se tenha certeza de que os fusíveis não fundidos não transportaram corrente.

2.2 Operação em Alta Altitude

O design dos compartimentos de gás selados nos RMUs é tipicamente baseado na operação a altitudes inferiores a 1.000 m. Em altitudes mais elevadas, o ar torna-se mais rarefeito e a pressão atmosférica diminui. Como a densidade do gás interno permanece constante, a pressão relativa dentro do compartimento selado aumenta. Isso pode levar a um aumento do stress mecânico na carcaça, resultando em deformação e maior risco de vazamento de gás. Nesses casos, a resistência da carcaça deve ser reforçada e validada através de testes. Reduzir a pressão de enchimento do gás (ou densidade) não é uma solução cientificamente sólida ou recomendada.

2.3 Controle do Conteúdo de Umidade

O artigo 6.5.1 da DL/T 791-2001, Directrizes para a Seleção de Equipamentos de Distribuição de Gás Isolados Interior, especifica o conteúdo de umidade nos compartimentos de gás: “Quando a pressão de enchimento nominal não excede 0,05 MPa, o conteúdo de umidade não deve exceder 2.000 μL/L (por volume).” Outros padrões não fornecem orientações específicas. Na produção de RMUs, controlar o conteúdo de umidade em 1.000 μL/L (a 20°C) é considerado razoável, com base no seguinte:

• O interruptor de carga interrompe correntes relativamente pequenas (630 A), com um máximo de corrente de transferência (aproximadamente 1.500-2.200 A).

• A pressão de enchimento é baixa (nominal de 0,03-0,05 MPa), significativamente inferior à dos GIS de alta tensão (cerca de 0,5 MPa).

• O desempenho de vedação é excelente, resultando em uma infiltração muito lenta de umidade do ambiente externo.

• Os resultados dos testes mostram poucos produtos de decomposição de SF6 após a interrupção.

• Durante os testes, as amostras não foram intencionalmente controladas em termos de umidade, mas não foram observadas falhas devido a umidade excessiva.

Portanto, negligenciar completamente o controle de umidade durante a produção é injustificado, assim como aderir estritamente aos limites baseados em isolamento sem considerar os requisitos de extinção de arco. Com base em anos de experiência prática de produção e operação, manter o conteúdo de umidade em 1.000 μL/L (a 20°C) durante a fabricação é tecnicamente sólido e razoável.

3. Conclusão

Os RMUs vêm sendo fabricados e operados na China há muitos anos, demonstrando tecnologia madura, desempenho estável e forte aceitação no mercado. Espera-se que mais fabricantes ingressem neste campo e continuem a explorar, discutir e compartilhar insights sobre os desafios técnicos encontrados na pesquisa, fabricação e operação, promovendo coletivamente o avanço da tecnologia de RMUs e impulsionando sua melhoria contínua.