Guia de Seleção de Disjuntor a Vácuo: Parâmetros e Aplicações

I. Seleção de Disjuntores a Vácuo

Os disjuntores a vácuo devem ser selecionados com base na corrente nominal e na corrente de curto-circuito nominal, usando a capacidade real da rede elétrica como referência. Deve-se evitar a tendência de adotar fatores de segurança excessivamente altos. Uma seleção excessivamente conservadora não apenas leva a uma "sobredimensionação" (disjuntor grande para carga pequena) econômica, mas também afeta o desempenho do disjuntor na interrupção de correntes indutivas ou capacitivas pequenas, potencialmente causando sobretensões de corte de corrente.

De acordo com a literatura relevante, aproximadamente 93,1% dos circuitos de alimentação de 10kV nas redes elétricas operacionais da China têm uma corrente nominal de 2000A ou menos. Portanto, a seleção da corrente nominal de operação deve se concentrar principalmente em valores de 2000A e abaixo. A seleção da corrente de curto-circuito máxima deve seguir os requisitos das "Diretrizes para o Planejamento e Reestruturação de Redes Urbanas", evitando a busca cega por margens de segurança excessivas.

Atualmente no mercado chinês, os disjuntores de marcas importadas comumente usados incluem o HVX da Schneider, o VD4 da ABB e a série 3AE da Siemens. As marcas nacionais incluem o CV1 da Changshu Switchgear, o RMVS1 da Shanglian e a série ZN172 da Baoguang. A diferença de qualidade entre as marcas nacionais e as importadas é agora insignificante.

II. Disjuntores a Vácuo e Suas Características

Um disjuntor é um dispositivo de comutação equipado com uma câmara especial de extinção de arco. Ele pode fechar, suportar e interromper correntes em condições normais de circuito, e pode fechar, suportar e interromper condições anormais de circuito (por exemplo, curto-circuito) dentro de períodos especificados. É adequado para redes elétricas com frequência de 50Hz e níveis de tensão de 3,6kV e acima, usado para ligar e desligar correntes de carga (geralmente não excedendo 4000A), correntes de sobrecarga e correntes de curto-circuito nominal (geralmente não excedendo 63kA).

Também pode ser usado em aplicações especiais para ligar e desligar linhas de transmissão longas sem carga, transformadores sem carga, bancos de capacitores, etc., e para suportar correntes de curto-circuito (geralmente não excedendo 63kA) dentro de durações especificadas (1s, 3s, 4s), bem como fechar sobre correntes de curto-circuito (geralmente não excedendo 160kA). A vida útil mecânica dos disjuntores geralmente é de 10.000 operações, com modelos especiais atingindo 30.000 ou 60.000 operações. Quando equipado com um atuador de ímã permanente, pode atingir até 100.000 operações. Conforme CB1984-2014, a vida útil elétrica de um disjuntor é de 274 operações.

Os disjuntores geralmente possuem capacidade de recolocação automática, permitindo a rápida restauração do fornecimento de energia após a limpeza de falhas, e são tipicamente usados em aplicações críticas. No entanto, os disjuntores são relativamente caros (requerem proteção relé ou microprocessada correspondente), e seu tempo de interrupção de corrente de falha está dentro de 80ms (dependente do tempo de resposta do relé de proteção, tempo de disparo do disjuntor e tempo de arco). Sua velocidade de interrupção de corrente de falha é mais lenta do que a de conjuntos de equipamentos de comutação, exigindo que o equipamento protegido tenha capacidade suficiente de resistência a corrente de curto prazo.

III. Principais Aplicações de Disjuntores

Os disjuntores são principalmente utilizados em empresas industriais e mineiras, centrais elétricas e subestações para recepção, controle e proteção de sistemas de energia. Uma configuração típica (usando 12kV como exemplo) consiste em dois disjuntores de entrada e um ou mais disjuntores de saída (ver diagrama). A corrente do disjuntor de entrada geralmente não excede 4000A, com uma corrente de interrupção de curto-circuito geralmente não excedendo 50kA. A corrente nominal dos disjuntores de saída geralmente não excede 1600A, com uma corrente de interrupção de curto-circuito geralmente não excedendo 40kA.

IV. Critérios de Seleção de Disjuntores

• Use um disjuntor ao controlar correntes de carga superiores a 630A.

• Use um disjuntor ao proteger transformadores com capacidade superior a 1600kVA no lado de fornecimento.

• Use um disjuntor ao proteger motores com capacidade superior a 1200kW.

• Use um disjuntor ao ligar e desligar bancos de capacitores.

• Use um disjuntor gerador dedicado ao proteger geradores.

• Use um disjuntor ao proteger linhas de energia ou equipamentos críticos.

Exemplos de aplicação de disjuntores

V. Precauções Durante a Operação de Disjuntores a Vácuo

Durante a operação, a manutenção dos disjuntores a vácuo deve ser determinada com base nas condições de uso e na frequência de operação. Para disjuntores com operação infrequente (operações anuais não excedendo 1/5 da vida útil mecânica), uma inspeção rotineira anual é suficiente dentro do período de vida útil mecânica. Para disjuntores operados frequentemente, o número de operações entre as inspeções não deve exceder 1/5 da vida útil mecânica.

Quando a frequência de operação é extremamente alta ou a vida mecânica/elétrica está próxima do fim, os intervalos de inspeção devem ser encurtados. Os itens de inspeção e ajuste incluem nível de vácuo, curso, curso de contato, sincronização, velocidade de abertura/fechamento, bem como verificações nos principais componentes do mecanismo de operação, conexões elétricas externas, isolamento e contatos auxiliares de alimentação de controle.

As seguintes questões devem ser observadas durante a operação de disjuntores a vácuo:

(1) Questões de Sobretensão

Os disjuntores a vácuo frequentemente produzem sobretensões elevadas ao interromper correntes pequenas, especialmente correntes indutivas pequenas, como as correntes de magnetização dos transformadores, devido ao corte significativo de corrente. Além disso, ao interromper correntes capacitivas de bancos de capacitores, a reacendência do arco é difícil de evitar; uma vez que ocorra a reacendência, pode gerar sobretensões de reacendência. Portanto, devem ser instalados para proteção pararrayos de óxido metálico de alto desempenho ou dispositivos de proteção RC (resistor-capacitor).

(2) Monitoramento da Integridade do Vácuo na Câmara de Interrupção

O nível de vácuo dentro da câmara de interrupção a vácuo é geralmente mantido entre 10⁻⁴ e 10⁻⁶ Pa. Com o envelhecimento do interrompedor e o acúmulo de mais operações de comutação, ou devido a influências externas, o nível de vácuo deteriora-se gradualmente. Uma vez que caia abaixo de um limite crítico, a capacidade de interrupção e a resistência dielétrica serão comprometidas. Portanto, o nível de vácuo dentro da câmara de interrupção deve ser testado regularmente durante a operação.

(3) Monitoramento do Desgaste dos Contatos

As superfícies de contato do interrompedor a vácuo desgastam-se gradualmente após múltiplas interrupções de corrente. À medida que o desgaste dos contatos aumenta, o curso de contato aumenta, o que por sua vez aumenta o curso de trabalho da bainha, reduzindo significativamente sua vida útil. Geralmente, o desgaste elétrico máximo permitido é de cerca de 3mm. Quando o desgaste cumulativo atinge ou ultrapassa esse valor, tanto o desempenho de interrupção quanto a condutividade do interrompedor a vácuo degradam-se, indicando o fim de sua vida útil.

VI. Conclusão

Na seleção de disjuntores a vácuo, deve-se dar plena consideração às condições reais de fornecimento de energia e às características reais da carga no lado da carga. A seleção correta e racional de disjuntores desempenha um papel significativo na melhoria da operação segura e confiável do sistema.