Análise Técnica Resistência a Falhas Internas de Arco e Otimização de Unidades de Anel Principal Totalmente Isoladas com SF6 (RMUs)
As unidades de anel totalmente isoladas com SF6 (doravante referidas como RMUs) consistem principalmente em unidades de interruptores de carga e aparelhos combinados de interruptores-fusíveis de corrente alternada de alta tensão (doravante referidos como aparelhos combinados). Dependendo das necessidades do usuário, podem ser configuradas com estruturas de tanque comum ou unitizadas.
Em aplicações práticas de engenharia, as conexões elétricas são geralmente estabelecidas usando barras coletoras solidamente isoladas montadas no topo ou barras coletoras plug-in montadas lateralmente. Entre os vários parâmetros técnicos, a corrente de transferência da unidade combinada e a capacidade de fechamento da unidade de interruptor de carga representam desafios-chave no desenvolvimento. Além disso, devido ao crescente interesse em segurança, falhas de arco interno têm atraído cada vez mais atenção dos usuários nos últimos anos.
1. Análise de Questões Técnicas
Durante o desenvolvimento e produção de RMUs, os seguintes aspectos requerem cuidadosa consideração:
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 passa do fusível para o interruptor de carga. Para correntes que excedem esse valor, a interrupção é realizada exclusivamente pelos fusíveis. Em faixas de corrente de defeito menores, os tempos de fusão dos três fusíveis apresentam variabilidade inerente. O fusível com o menor tempo de fusão interrompe primeiro, e seu atuador aciona, disparando o mecanismo de abertura do interruptor de carga.
A interrupção das duas fases restantes depende da comparação entre as características reais de tempo-corrente de 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 atuador do fusível que interrompeu primeiro. Se a fusão for retardada, as duas fases restantes são interrompidas pelo interruptor de carga. Assim, a interrupção da corrente de defeito nesta faixa é compartilhada entre o fusível e o interruptor de carga.
A corrente de transferência do aparelho combinado é determinada por dois fatores-chave: o tempo de disparo do interruptor de carga iniciado pelo atuador 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 com segurança. Ao selecionar fusíveis limitadores de corrente, suas características de tempo-corrente devem ser avaliadas para garantir que a corrente de transferência resultante seja inferior à corrente de transferência nominal do aparelho combinado. Isso garante uma coordenação confiável e segura entre o interruptor de carga e o fusível, permitindo uma proteção eficaz das transformadoras.
1.2 Capacidade de Fechamento
Durante os testes de interruptor de carga, operações de fechamento malsucedidas ocorrem ocasionalmente, geralmente se dividindo em duas categorias: não atender ao número necessário de operações de fechamento ou incapacidade de fechar sob correntes de curto-circuito nominais. A análise dos resultados dos testes indica que tais falhas são predominantemente causadas pela erosão excessiva dos contatos principais, o que compromete sua capacidade de suportar a corrente de curto-circuito nominal.
Portanto, minimizar ou prevenir a erosão dos contatos principais é crucial para alcançar resultados de teste bem-sucedidos. Pesquisas e extensos testes demonstraram que adicionar contatos auxiliares feitos de liga de cobre-cromo de alto ponto de fusão aos contatos principais originais pode proteger indiretamente os contatos principais de cobre de baixo ponto de fusão. A abordagem de design específica pode ser adaptada flexivelmente com base na estrutura de contato 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 devidamente contido, pode representar riscos severos para pessoal e equipamentos. Testes de falha de arco interno devem ser realizados separadamente para o compartimento de gás (compartimento do interruptor) e o compartimento de cabos do RMU. Para passar no teste, os seguintes critérios devem ser atendidos:
Painéis e portas do quadro de distribuição devem permanecer fechados; deformações limitadas são aceitáveis.
O invólucro não deve romper, e nenhum fragmento pesando mais de 60 g deve ser ejetado.
Não devem formar-se buracos em superfícies acessíveis do quadro de distribuição até uma altura de 2 m.
Indicadores horizontais e verticais usados durante o teste não devem ser inflamados por gases quentes.
O invólucro deve permanecer conectado 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 se aplicam:
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 compatível de forma razoável com a corrente nominal de resistência de curto-circuito do interruptor de carga dentro do aparelho combinado.
Três fusíveis do mesmo modelo e especificação devem ser instalados; caso contrário, o desempenho de interrupção pode ser prejudicado.
Os fusíveis devem ser instalados corretamente e completamente para garantir que o atuador acione no momento apropriado e dispare confiavelmente o mecanismo de abertura do interruptor de carga.
Após a operação de um ou dois fusíveis, todos os três devem ser substituídos, a menos que seja certo que os fusíveis não operados não carregaram corrente.
2.2 Operação em Altitude Elevada
O design de compartimentos de gás selados em RMUs é tipicamente baseado em operação a altitudes abaixo de 1.000 m. Em altitudes mais elevadas, o ar torna-se mais rarefeito e a pressão atmosférica diminui. Como a densidade interna do gás permanece constante, a pressão relativa dentro do compartimento selado aumenta. Isso pode levar a um aumento do estresse mecânico no invólucro, resultando em deformação e maior risco de vazamento de gás. Nesses casos, a resistência do invólucro deve ser apropriadamente 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 Teor de Umidade
A cláusula 6.5.1 da DL/T 791-2001, Directrizes para a Seleção de Equipamentos de Distribuição de Gás Isolado Interior Alternado, especifica o teor de umidade nos compartimentos de gás: “Quando a pressão de enchimento nominal não excede 0,05 MPa, o teor de umidade não deve exceder 2.000 μL/L (por volume).” Outros padrões não fornecem orientações específicas. Na produção de RMUs, controlar o teor 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 menor que a de GIS de alta tensão (cerca de 0,5 MPa).
O desempenho de vedação é excelente, resultando em ingresso muito lento de umidade do ambiente externo.
Os resultados dos testes mostram produtos de decomposição de SF6 mínimos após a interrupção.
Durante os testes, as amostras não foram controladas intencionalmente para umidade, mas nenhuma falha devido a umidade excessiva foi observada.
Portanto, negligenciar completamente o controle de umidade durante a produção é injustificado, assim como seguir estritamente 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 teor de umidade em 1.000 μL/L (a 20°C) durante a fabricação é tecnicamente sólido e razoável.
3. Conclusão
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 entrem neste campo e continuem a explorar, discutir e compartilhar insights sobre os desafios técnicos encontrados em pesquisa, fabricação e operação, coletivamente avançando a tecnologia de RMUs e promovendo sua melhoria contínua.
