Uma Breve Discussão sobre os Problemas da Conversão de Reclosers em Interruptores de Circuito a Vácuo para Uso Externo

A transformação da rede elétrica rural desempenha um papel importante na redução das tarifas de eletricidade rural e na aceleração do desenvolvimento econômico rural. Recentemente, o autor participou do design de vários projetos de pequena escala de transformação de redes elétricas rurais ou subestações convencionais. Nas subestações de redes elétricas rurais, os sistemas convencionais de 10kV adotam principalmente reinterruptores a vácuo automáticos externos de 10kV.

Para economizar investimentos, adotamos um esquema na transformação que remove a unidade de controle do reinterruptor a vácuo automático externo de 10kV e o converte em um disjuntor a vácuo externo. Isso levanta a questão de como modificar os circuitos de proteção e controle para integrá-los em um sistema de monitoramento integrado baseado em microcomputador. Este problema e suas soluções correspondentes serão elaborados mais detalhadamente abaixo.

1. Princípios Básicos do Reinterruptor a Vácuo Automático Externo de 10kV

O reinterruptor a vácuo automático externo de 10kV integra funções de comutação, controle, proteção e monitoramento em uma única unidade. É um dispositivo inteligente preferido para a automação de distribuição, capaz de realizar automaticamente operações de abertura e recolocação em linhas AC de acordo com uma sequência pré-definida, e subsequentemente reiniciar automaticamente ou travar. Ele possui funcionalidades de controle e proteção autossuficientes (não requer fonte de alimentação externa). Desde sua introdução na China, tem sido amplamente utilizado em redes de distribuição urbanas e subestações rurais devido às suas vantagens únicas.

O reinterruptor a vácuo automático externo de 10kV consiste em duas partes: o corpo principal do reinterruptor e a unidade de controle. Dependendo do método de fornecimento de energia de controle, a unidade de controle geralmente vem em três configurações:

• Usando AC 220V diretamente como energia de operação e fechamento para o controlador;

• Convertendo AC 220V em DC 220V regulado para energia de operação e fechamento;

• Alimentando o controlador com uma bateria interna de lítio.

O corpo do reinterruptor está equipado com transformadores de corrente (TCs) do tipo bushing para detectar a corrente da linha. Os valores medidos de cada fase são transmitidos separadamente para o controlador. Ao confirmar uma corrente de falha e após um atraso de tempo pré-definido, o reinterruptor realiza automaticamente operações de abertura e recolocação de acordo com uma sequência predeterminada. Quando ocorre uma falha transitória no sistema, a função de recolocação automática restaura automaticamente o fornecimento de energia.

Se a falha for permanente, o reinterruptor opera de acordo com sua sequência pré-definida. Após completar o número pré-definido de tentativas de recolocação (geralmente três), confirma a falha como permanente. Um seccionador então isola o ramo com falha, restaurando o fornecimento de energia às seções sem falha. A intervenção manual é necessária para limpar a falha e redefinir o status de travamento do reinterruptor para retorná-lo à operação normal. Quando usado em coordenação com seccionadores e disjuntores seccionais, o reinterruptor efetivamente limpa falhas transitórias e isola locais de falhas permanentes, minimizando tanto a duração quanto a área afetada pela interrupção.

2. Métodos de Modificação para a Unidade de Controle do Reinterruptor a Vácuo Automático Externo de 10kV

Para reduzir os custos de investimento, implementamos um esquema na transformação que remove a unidade de controle do reinterruptor a vácuo automático externo de 10kV e repagina o dispositivo como um disjuntor a vácuo externo. Após a subestação adotar um sistema de automação integrada, as funções de proteção e monitoramento do reinterruptor devem ser desativadas. No entanto, os sinais de corrente do corpo do reinterruptor e os circuitos de disparo/fechamento do disjuntor devem ser conectados à unidade de proteção e monitoramento de 10kV do sistema de automação integrada. As modificações específicas são as seguintes:

Desative as funções de proteção e detecção do reinterruptor desconectando o suprimento de energia e os circuitos de saída do controlador no terminal.

Os sinais de corrente do corpo do reinterruptor geralmente são roteados através do terminal do controlador para a unidade de proteção e monitoramento de 10kV. A fiação do terminal para o controlador original deve ser desconectada para evitar circuitos parassitas. Alternativamente, o lado secundário dos TCs no corpo do reinterruptor pode ser conectado diretamente à unidade de proteção e monitoramento de 10kV.

A energia de controle para a unidade de proteção e monitoramento integrada de 10kV é geralmente DC 220V ou 110V. Dadas as três configurações originais de energia do controlador, as abordagens de modificação são as seguintes:

• Configuração original: AC 220V para energia de operação e fechamento
  → Substitua a bobina de disparo/fechamento por uma versão DC 220V ou 110V. Se o mecanismo usa um motor de carregamento de mola que não é compatível com AC e DC, também deve ser substituído.

• Configuração original: AC 220V convertida em DC 220V regulado
  → Desconecte o suprimento de energia do controlador para os circuitos de disparo/fechamento e, em vez disso, alimente-os diretamente da unidade de proteção e monitoramento integrada de 10kV. A energia de controle da subestação deve ser definida para DC 220V.

• Configuração original: Controlador alimentado por bateria de lítio interna
  → Neste caso, o circuito de controle geralmente usa DC 36V ou 12V, enquanto os circuitos de disparo/fechamento usam AC 220V. Durante a modificação, as bobinas de disparo/fechamento devem ser substituídas. Os terminais da bobina devem ser conectados em série com os contatos auxiliares do disjuntor e levados diretamente ao terminal. Qualquer motor de carregamento de mola que não seja classificado para AC e DC também deve ser substituído.

Como a estrutura do controlador é compacta, ao selecionar bobinas de disparo/fechamento e motores de carregamento de mola de substituição, produtos com dimensões idênticas aos originais devem ser preferidos. Crucialmente, a nova fiação não deve ter nenhuma conexão com os circuitos do controlador original para evitar loops parassitas.

3. Conclusão

Durante a transformação da rede elétrica rural, podem surgir desafios ao adaptar equipamentos existentes para funcionar com novos sistemas de automação. No entanto, desde que soluções apropriadas sejam desenvolvidas para esses problemas, economias de custos podem ser alcançadas, ainda atendendo aos objetivos do projeto.

Nota: Esta abordagem de retrofit era relativamente comum em melhorias iniciais de redes rurais (por exemplo, antes de 2010) ou durante a desativação de equipamentos legados. Nas redes de energia rural atuais, dispositivos inteligentes novos ou disjuntores de vácuo dedicados são mais comumente implantados diretamente.