Diferenças Chave: Disjuntores a Vácuo IEEE vs IEC

Diferenças Entre Disjuntores a Vácuo Conformes aos Padrões IEEE C37.04 e IEC/GB

Disjuntores a vácuo projetados para atender ao padrão norte-americano IEEE C37.04 apresentam várias diferenças de design e funcionamento em comparação com aqueles que se conformam aos padrões IEC/GB. Essas diferenças decorrem principalmente dos requisitos de segurança, manutenibilidade e integração do sistema nas práticas de switchgear da América do Norte.

1. Mecanismo Livre de Interrupção (Função Anti-Pumping)

O mecanismo "livre de interrupção" — funcionalmente equivalente a uma função anti-pumping — garante que, se um sinal de interrupção mecânica (livre de interrupção) for aplicado e mantido antes de qualquer comando de fechamento (elétrico ou manual), o disjuntor não deve fechar, nem mesmo momentaneamente.

• Uma vez iniciado o sinal de interrupção, os contatos móveis devem retornar e permanecer na posição totalmente aberta, independentemente de comandos de fechamento continuados.

• Este mecanismo pode exigir a liberação de energia armazenada na mola durante a operação.

• No entanto, o movimento dos contatos durante este processo não deve reduzir a lacuna de contato em mais de 10%, nem comprometer a capacidade de resistência dielétrica da lacuna. Os contatos devem permanecer em um estado totalmente isolado e aberto.

• Ambos, os intertravamentos elétricos e mecânicos, devem impedir o fechamento nessas condições.

Métodos de Implementação:

• Intertravamento Elétrico: Um solenoide impede o fechamento. Quando o botão de interrupção (manual ou elétrico) é pressionado, o Microswitch 1 (mostrado na Fig. 2) desenergiza a bobina de fechamento. Simultaneamente, o êmbolo do solenoide se estende para bloquear mecanicamente o botão de fechamento. Além disso, o Microswitch 2 fecha, inserindo seu contato normalmente aberto em série com o circuito da bobina de fechamento, impedindo o fechamento elétrico.

• Design Mecânico Alternativo: O botão de fechamento pode ser pressionado, mas a energia armazenada na mola é liberada no ar (ou seja, sem carga), em vez de ser transmitida ao eixo principal para fechar o interruptor a vácuo. Isso garante a segurança, permitindo a atuação mecânica sem o fechamento real.

2. Descarga Automática de Mola (ASD)

A ASD (Descarga Automática de Mola) é um requisito de segurança crítico nos padrões IEEE. Exige que o disjuntor não esteja em um estado carregado (mola energizada) quando for encaixado ou retirado de seu compartimento — seja ao mover-se da posição de teste para a de serviço, ou ao ser removido ou inserido no cubículo do switchgear.

• Isso evita que as pessoas sejam expostas a mecanismos de mola de alta energia durante o manuseio, eliminando o risco de liberação acidental de energia.

• Portanto, o disjuntor deve estar aberto e descarregado antes que as operações de encaixe possam começar.

• Um mecanismo de liberação de energia automático dedicado deve ser incorporado para descarregar de forma segura a energia armazenada na mola durante ou antes da retirada da posição conectada.

• Se a energia for liberada antes da remoção, um intertravamento elétrico adicional deve impedir a reenergização automática da mola, garantindo que o disjuntor permaneça seguro durante a manutenção.

Este recurso aumenta a segurança das pessoas e está alinhado com os protocolos de segurança norte-americanos para switchgear metálico.

3. MOC – Indicador de Posição dos Contatos Principais (C37.20.2-7.3.6)

Ao contrário dos disjuntores IEC/GB, onde os interruptores auxiliares (por exemplo, S5/S6) indicando a posição dos contatos principais são geralmente montados dentro do invólucro do mecanismo operacional do disjuntor e acionados diretamente pelo eixo principal através de uma ligação (simples e confiável), os padrões IEEE exigem que os interruptores auxiliares Principal-Aberto/Principal-Fechado (MOC) sejam montados dentro do compartimento fixo do switchgear, não no próprio disjuntor.

Propósito deste Requisito:

• Permitir Testes do Sistema Secundário Sem o Disjuntor: Permite que os técnicos simulem a posição do disjuntor (aberto/fechado) usando uma sonda de teste ou simulador, possibilitando a verificação de relés de proteção, circuitos de controle e sistemas de sinalização — mesmo quando o disjuntor é removido do cubículo.

• Suportar Circuitos Auxiliares de Alta Corrente: Sistemas de controle mais antigos às vezes requeriam sinais de alta corrente (por exemplo, >5A), que os contatos secundários padrão (geralmente classificados para fios de 1,5 mm²) não podem transportar de forma confiável. Interruptores MOC fixos permitem o uso de fiação de maior calibre dentro do compartimento.

Desafios de Design:

• O eixo principal do disjuntor deve acionar o interruptor MOC fixo tanto nas posições de teste quanto de serviço.

• Uma ligação de acionamento (montada na parte superior, inferior ou lateral) deve transferir o movimento do disjuntor móvel para o interruptor fixo.

• Isso requer um acoplamento móvel em vez de uma conexão rígida, aumentando a complexidade mecânica.

• Devido às forças de impacto elevadas durante a operação e às tolerâncias de alinhamento potenciais, a confiabilidade e a durabilidade mecânica são cruciais.

• Os padrões IEEE exigem um mínimo de 500 operações mecânicas para os mecanismos MOC, mas na prática, eles devem corresponder à vida útil mecânica total do disjuntor (geralmente 10.000 operações).

• A massa adicional da ligação pode afetar a velocidade de fechamento, especialmente a de abertura, portanto, componentes leves e de baixa inércia são essenciais para minimizar o impacto no desempenho.

4. TOC – Indicador de Posição de Teste e Conectado (C37.20.2-7.3.6)

Em contraste com os disjuntores IEC/GB, onde os indicadores de posição (por exemplo, S8/S9) geralmente são montados no chassi do disjuntor e acionados pela porca de encaixe, os padrões IEEE exigem que os interruptores de Posição de Teste e Conectado (TOC) sejam fixos dentro do compartimento do switchgear.

• Esses interruptores detectam e sinalizam a posição física do caminhão do disjuntor: se ele está na posição Conectado (Serviço), Teste ou Desconectado (Retirado).

• Estar fixo no compartimento garante uma indicação consistente e confiável, independentemente da condição interna do disjuntor.

• Isso suporta o intertravamento seguro (por exemplo, impedindo o fechamento quando não totalmente conectado) e permite o monitoramento remoto da posição do disjuntor.

5. Indicador de Desgaste Mecânico de Contatos para Interruptores a Vácuo

Ao contrário dos disjuntores SF₆, os interruptores a vácuo são unidades seladas com contatos face a face e sem chifres de arco ou contatos de pré-inserção. Tanto a interrupção de correntes de falha quanto as operações mecânicas normais causam erosão e desgaste dos contatos.

• O desgaste dos contatos é o determinante principal da vida útil elétrica de um disjuntor a vácuo.

• Embora muitos algoritmos estimem a vida útil elétrica com base no número de operações, níveis de corrente de curto-circuito e tempo de arco, esses são em grande parte teóricos ou empíricos.

• Devido às variações no primeiro polo a limpar, fase da corrente e diferenças individuais, a vida prevista frequentemente não correlaciona precisamente com o desgaste físico real.

• Há uma lacuna entre as previsões baseadas em software e a degradação física real.

Portanto, o mercado norte-americano exige um indicador de desgaste mecânico de contatos integrado diretamente no interruptor a vácuo ou no mecanismo operacional.

• Este indicador visual ou mecânico permite que o pessoal de manutenção observe diretamente o grau de desgaste dos contatos durante a inspeção.

• Fornecendo uma medição física confiável da vida restante dos contatos, ele melhora a manutenção preditiva e garante a substituição oportuna antes da falha.