Aplicação de Disjuntores de Alta Tensão em Sistemas de Alimentação de Tração

Os interruptores tradicionais tornaram-se cada vez mais inadequados para as demandas operacionais dos sistemas modernos de fornecimento de energia de tração. A emergência de desligadores de alta tensão preencheu efetivamente essa lacuna. Os sistemas de desligadores de alta tensão otimizam a estrutura dos interruptores convencionais, ampliam sua aplicabilidade e dão maior ênfase aos detalhes, melhorando assim a segurança e confiabilidade dos sistemas de energia durante a operação real. Portanto, é essencial analisar e estudar a aplicação de desligadores de alta tensão nos sistemas de fornecimento de energia de tração.

1. Sistemas de Fornecimento de Energia de Tração
O sistema de fornecimento de energia elétrica de tração atualmente utilizado na China representa uma nova forma de propulsão ferroviária alimentada por eletricidade - uma tecnologia de propulsão emergente amplamente aplicada em ferrovias principais e trânsito urbano, oferecendo excelente desempenho e melhorando significativamente a conveniência do transporte público. Na prática, a tração elétrica converte continuamente a energia elétrica em potência mecânica de tração para impulsionar locomotivas ferroviárias e unidades múltiplas elétricas.

Os sistemas de tração elétrica atuais da China são classificados por tipo de corrente em três categorias: CA monofásica de frequência industrial, CC e CA monofásica de baixa frequência. Entre eles, o sistema de CA monofásica de frequência industrial é o mais prevalente, sendo principalmente usado em ferrovias eletrificadas.

A tração elétrica oferece três vantagens-chave:

• As locomotivas elétricas não carregam combustível, mas utilizam fontes de energia secundárias, permitindo tração de energia não autônoma que impulsiona efetivamente os trens.

• Promove a conservação de energia; com o setor ferroviário da China entrando em uma nova fase de desenvolvimento, as locomotivas elétricas estão sendo implantadas mais extensivamente.

• Melhora a segurança operacional. Graças aos avanços em microeletrônica e tecnologia da informação, as locomotivas elétricas modernas suportam detecção de falhas em tempo real, condução autônoma e controle remoto, aumentando significativamente o nível de informatização dos sistemas de tração.

2. Características, Funções, Tipos e Evolução dos Desligadores de Alta Tensão

(1) Funções e Papéis
Embora os desligadores de alta tensão tenham sido adotados recentemente nos sistemas de energia da China, eles demonstraram um desempenho excepcional. Suas funções principais são duplas:

• Quando abertos, garantem uma distância de isolamento visível e segura entre os contatos;

• Quando fechados, transportam confiavelmente a corrente contínua nominal.

Essas capacidades melhoram significativamente a segurança e a eficiência operacional. Os papéis-chave incluem:
• Isolamento de Energia: Durante a manutenção, os desligadores isolam equipamentos desenergizados dos circuitos ativos, criando um ponto de interrupção visível que protege pessoal e equipamentos.
• Operações de Comutação (Transferência de Barramento): Permitem transições seguras de equipamentos entre estados de operação, reserva ou manutenção, facilitando reconfigurações operacionais flexíveis e seguras.

(2) Tipos
Os tipos de desligadores variam com base em vários critérios:

• Por local de instalação: externo versus interno;

• Por nível de tensão: baixa tensão versus alta tensão;

• Por design estrutural: mono-poste, bi-poste ou tri-poste;

• Por mecanismo de operação: manual, elétrico ou pneumático.

(3) Avanços Tecnológicos
Os desligadores tradicionais frequentemente sofriam de redução da área de contato entre contatos móveis e fixos após uso prolongado, resultando em aumento da resistência, perdas de condução maiores e consumo de energia elevado. Inovações recentes, como a tecnologia de contato em dedo e designs de superfície ranhurada, melhoraram significativamente a condutividade e a confiabilidade. Essas melhorias expandiram o escopo de aplicação dos desligadores de alta tensão modernos na infraestrutura de energia da China.

3. Aplicações nos Sistemas de Fornecimento de Energia de Tração
(1) Controle Remoto (Teleoperação)
Os desligadores de alta tensão são agora componentes críticos nos sistemas de catenária de ferrovias eletrificadas, possibilitando o isolamento de falhas e a manutenção seccionada, melhorando assim a segurança e a precisão operacional. Dada a grande quantidade e ampla distribuição de estações de hub na rede ferroviária eletrificada da China, a operação manual no local é ineficiente e limita a automação. Assim, a implementação de controle remoto é vital para o avanço da modernização ferroviária.

Com os avanços na comunicação fio e sem fio, as Unidades Terminais Remotas (RTUs) podem ser integradas aos mecanismos de operação elétrica. Essa integração não só resolve os principais desafios da operação remota de desligadores, mas também aumenta a confiabilidade do sistema, garante o fornecimento estável de energia e eleva o nível geral de automação das ferrovias eletrificadas.

(2) Monitoramento de Vídeo com Fio/Sem Fio
Como os desligadores de catenária são geralmente instalados ao ar livre e sem supervisão, o monitoramento remoto é essencial junto com o controle remoto. Os sistemas de vigilância por vídeo permitem a supervisão contínua das condições no campo, minimizando erros humanos nas decisões de comando.

A implantação desses sistemas requer soluções de comunicação híbridas - combinando tecnologias com fio e sem fio, como salto de frequência e Wi-Fi, ambas maduras na China. Integrar esses métodos avançados de comunicação permite o monitoramento de vídeo remoto robusto, melhorando ainda mais a segurança, confiabilidade e eficiência das operações de ferrovias eletrificadas.

(3) Monitoramento de Temperatura Online
Apesar de sua estrutura simples, os contatos e dedos de contato dos desligadores estão expostos a ambientes externos rigorosos, tornando-os propensos à oxidação. A oxidação aumenta a resistência de contato e gera calor excessivo, potencialmente levando a falhas no equipamento ou incêndios se não for controlada.

Na era das subestações inteligentes e operações sem pessoal, o monitoramento de temperatura remoto tornou-se indispensável. Três métodos principais são utilizados na China: sensores sem fio, sensores de fibra óptica e termografia infravermelha, sendo a detecção por fibra óptica a mais amplamente adotada.

Os sensores de temperatura de fibra óptica são fixados diretamente nos contatos ou dedos de contato. Os dados são transmitidos por fibras ópticas resistentes a alta tensão para uma unidade central de processamento, depois retransmitidos para os computadores de backend da subestação para análise em tempo real. Software dedicado para gerenciamento e análise de dados já foi desenvolvido na China, garantindo um monitoramento confiável da temperatura. No entanto, os altos custos de equipamentos e desenvolvimento de software permanecem um desafio.

4. Conclusão
O sistema ferroviário eletrificado da China entrou em uma nova fase de desenvolvimento. A otimização contínua dos disjuntores tradicionais, através de tecnologias de contato por dedo e superfície estriada, melhorou significativamente o desempenho dos disjuntores de alta tensão em aplicações de tração, acelerando a modernização da rede ferroviária nacional.

Em comparação com os modos convencionais de fornecimento de energia, a tração elétrica oferece superior eficiência, segurança aprimorada e menor consumo de energia. A integração de disjuntores de alta tensão avançados com sistemas de tração elétrica tornou-se um marco da modernização ferroviária da China, posicionando a tecnologia de eletrificação do país entre as melhores do mundo.