Aplicação de Reguladores de Tensão nos Testes de Alta Tensão de Equipamentos Elétricos

A tensão é um critério importante nos testes de qualidade de energia. A qualidade da tensão determina se o sistema de energia pode operar com segurança e tem um impacto significativo na estabilidade do sistema de rede elétrica como um todo. Atualmente, os reguladores de tensão são equipamentos elétricos relativamente comuns em sistemas de energia, capazes de controlar de forma razoável e científica o processo inteiro de testes de alta tensão em equipamentos elétricos, melhorando continuamente a viabilidade desses testes.

1. Requisitos para o Uso de Reguladores de Tensão em Testes de Alta Tensão de Equipamentos Elétricos

Em circunstâncias normais, antes de iniciar um teste de alta tensão em equipamentos elétricos, deve-se selecionar um regulador de tensão instalado na frente do transformador para garantir que suas especificações atendam aos requisitos de teste. Isso garante que os resultados de medição do transformador satisfaçam os critérios de teste padrão, ou seja, que a saída permaneça estável, contínua e mude uniformemente, permitindo assim uma regulação eficaz da tensão. O uso de reguladores de tensão em testes de alta tensão de equipamentos elétricos implica os seguintes requisitos:

• Garantir uma saída de tensão estável e de alta qualidade; por exemplo, a onda de tensão de saída do regulador deve aproximar-se de uma onda senoidal, e a tensão de saída mínima deve ser o mais próxima possível de zero.

• O regulador de tensão deve possuir características de regulação de alta qualidade, com baixa impedância de regulação, métodos de ajuste simples e seguros, para facilitar o teste de alta tensão suave de equipamentos elétricos.

• Minimizar o ruído gerado durante a operação do regulador de tensão e enfatizar a eficiência energética e a proteção ambiental durante os testes.

• Garantir que os parâmetros fundamentais do regulador de tensão, incluindo tensão de saída, frequência, número de fases e flutuações na capacidade de saída, atendam aos requisitos dos testes de alta tensão em equipamentos elétricos. Especificamente, a precisão do regulador de tensão é expressa como:

tgδ: ±(1% D + 0,0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

Um erro menor indica maior precisão do instrumento. Durante a verificação, a diferença entre a leitura e o valor padrão deve ser menor que a precisão especificada.

2. Aplicação de Reguladores de Tensão em Testes de Alta Tensão de Equipamentos Elétricos

Três tipos de reguladores de tensão são comumente usados em testes de alta tensão de equipamentos elétricos: reguladores de contato, reguladores de indução e reguladores de bobina móvel. Esses três tipos diferem significativamente em estrutura e princípio de funcionamento, e cada um tem cenários de aplicação e características de uso distintas. 

Durante os testes de alta tensão, os reguladores de tensão geralmente auxiliam motores assíncronos e mecanismos na conversão de energia e são dispositivos elétricos intimamente relacionados a transformadores. Nos testes de alta tensão, o motor deve atender ao requisito de capacidade máxima de carga do regulador de tensão de 12.000 kW. Além disso, para reduzir o ruído eletromagnético, a resistência mecânica do regulador deve ser reforçada usando uma estrutura sólida de ferro fundido.

2.1 Uso de Reguladores de Tensão de Bobina Móvel
O princípio eletromagnético e a estrutura interna dos reguladores de tensão de bobina móvel assemelham-se aos dos transformadores. Eles alcançam uma regulação efetiva da tensão de saída movendo verticalmente uma bobina curta-circuitada ao longo do membro do núcleo para alterar a distribuição de tensão e impedância entre as duas bobinas no circuito principal. Como a regulação não depende de contatos, a tensão de saída de um regulador de bobina móvel é relativamente suave e uniforme, tornando-o fácil e conveniente de usar para testes gerais de alta tensão em equipamentos elétricos. 

Além disso, sua grande reatância de fuga permite que ele suporte surtos de corrente substanciais. No entanto, devido às suas características estruturais e operacionais, o regulador de bobina móvel apresenta uma impedância de curto-circuito relativamente alta. Portanto, não é adequado para projetos de teste de alta tensão que exigem baixa impedância de fonte, como testes de poluição (contaminação) de alta tensão. Em comparação com os reguladores de indução, a onda de saída dos reguladores de bobina móvel é mais propensa à distorção. 

Além disso, após uso prolongado, o desgaste e afrouxamento dos componentes de transmissão e da bobina móvel podem aumentar o ruído e a vibração, potencialmente levando a danos. Algoritmos de fluxo de potência podem ser usados para calcular os componentes complexos de perdas de tensão em sistemas de energia. Especificamente, isso envolve aproveitar a relação entre as tensões nodais, potência ativa e a magnitude das tensões nodais para decompor as equações P-Q, reduzindo a matriz de coeficientes de 2N×2N para N×N, onde N é o número de nós do sistema.

2.2 Uso de Reguladores de Tensão de Indução
O princípio eletromagnético e a estrutura dos reguladores de tensão de indução são semelhantes aos dos motores assíncronos de rotor enrolado, enquanto seu mecanismo de conversão de energia assemelha-se ao dos transformadores. Ajustando o deslocamento angular do rotor, eles modificam a magnitude e a fase da força eletromotriz induzida nas bobinas do estator ou do rotor, alcançando a regulação de tensão sem contato. 

Em comparação com os reguladores de bobina móvel, os reguladores de indução oferecem um desempenho técnico e econômico superior e menor impedância, especialmente quando a tensão de saída está na faixa de 50%–100%, onde a impedância é notavelmente menor. No entanto, devido a limitações estruturais e operacionais, os reguladores de indução monofásicos têm custos de fabricação elevados, especialmente para unidades de grande capacidade. Quando a excentricidade do rotor de uma unidade monofásica atinge certo limite, problemas de ruído e vibração podem surgir durante a operação, limitando sua capacidade de saída. Consequentemente, reguladores de indução monofásicos de grande capacidade raramente são produzidos hoje. No entanto, versões aprimoradas de reguladores de indução são usadas efetivamente em testes de alta tensão com requisitos menos rigorosos.

2.3 Uso de Reguladores de Tensão de Contato
Os reguladores de tensão de contato são autotransformadores capazes de fornecer uma saída de tensão contínua. Eles produzem formas de onda de tensão de saída com excelentes características sinusoidais, com um limite inferior de saída de 0 V, e apresentam características de regulação lineares, contínuas e suaves. Além disso, sua impedância de curto-circuito pode ser minimizada, e eles apresentam ângulos de fase quase idênticos entre as tensões de entrada e saída e baixo ruído operacional, tornando-os ideais para testes de alta tensão em equipamentos elétricos. Dependendo da configuração do núcleo, os reguladores de contato são classificados em tipo coluna e tipo toroidal. 

Tradicionalmente, testes de alta tensão de pequena capacidade usavam principalmente reguladores de contato tipo toroidal devido ao seu baixo custo e excelente desempenho. A maior desvantagem dos reguladores de contato é sua dependência de contatos físicos para ajuste, o que pode gerar faíscas durante a operação. A capacidade de contato também é limitada, e sua vida útil relativamente curta tem impedido o desenvolvimento de modelos de grande capacidade. No entanto, graças aos esforços contínuos dos técnicos, os problemas relacionados aos contatos foram em grande parte resolvidos.

3. Manutenção de Reguladores de Tensão em Testes de Alta Tensão de Equipamentos Elétricos

Antes de realizar a manutenção em reguladores de tensão usados em testes de alta tensão de equipamentos elétricos, o pessoal deve compreender completamente a estrutura interna do regulador para localizar corretamente as falhas e melhorar a eficiência da manutenção. A estrutura básica do regulador de tensão é mostrada na Tabela 1.

3.2 Problemas de Vazamento de Gás no Regulador de Tensão

Nos testes de alta tensão em equipamentos elétricos, o vazamento de gás dos reguladores de tensão é geralmente causado pelo selamento insuficiente de juntas toric e conexões. Pode também resultar de danos ao metal de vedação entre o assento de ajuste e a haste de ajuste. A solução específica envolve desligar o circuito de gás, desmontar a extremidade da válvula principal do regulador de tensão e ter técnicos que inspecionem cuidadosamente para identificar a localização exata e a natureza da falha. Com base na experiência prática, melhorias apropriadas são então implementadas para resolver o vazamento de gás pela porta de alívio de pressão durante a regulação nos testes de alta tensão.

Durante os testes de alta tensão, um problema comum é o vazamento de gás ocorrendo na posição zero durante o ajuste. Isso é principalmente devido ao aperto excessivo do parafuso de ajuste zero. Para mitigar isso, a posição do parafuso de ajuste zero deve ser ajustada corretamente para reduzir a probabilidade de vazamento na posição zero.

Deve-se notar que os operadores devem evitar ficar diretamente na frente do regulador de tensão durante o ajuste para minimizar o risco de acidentes.

4. Conclusão

Em aplicações práticas, ao realizar testes de alta tensão em equipamentos elétricos, a segurança das pessoas deve ser priorizada. Garantir a segurança tanto das pessoas quanto dos equipamentos é o pré-requisito fundamental para realizar a devida resolução de problemas e manutenção dos componentes de teste. Esta abordagem estende efetivamente a vida útil do equipamento e reduz a incidência de falhas. Com a aplicação generalizada de reguladores de tensão nos testes de alta tensão de equipamentos elétricos, a conveniência é trazida para a vida diária dos residentes e diversos aspectos da sociedade, promovendo assim o desenvolvimento social harmonioso.