Disjuntores de Geradores (GCB) vs. Disjuntores Convencionais de Alta Tensão: As Principais Diferenças

1. Interrupção de Correntes de Curto-Circuito com "Passagem por Zero Atrasada"

• Disjuntores convencionais: extinguem o arco no zero natural da corrente. Em uma rede de distribuição típica, a componente CC da corrente de curto-circuito decai rapidamente, de modo que o zero da corrente ocorre quase imediatamente e a interrupção é simples.
• Disjuntores de gerador: enfrentam uma situação muito diferente. Com a relação X/R extremamente alta do circuito do gerador, a componente CC decai muito lentamente, o que pode empurrar a passagem por zero para muito no futuro — uma condição conhecida como "passagem por zero atrasada". De acordo com a IEC/IEEE 62271-37-013, o GCB deve ser capaz de interromper correntes que transportam uma porcentagem muito alta de componente CC. Ele faz isso ao estabelecer uma alta tensão de arco à medida que os contatos se separam, forçando a corrente a zero para que a falta possa ser eliminada com segurança.

2. Taxa de Elevação da Tensão de Restabelecimento Transitória (TRV)

• Disjuntores convencionais: apresentam uma elevação de TRV relativamente suave para faltas nos terminais na separação dos contatos, de modo que o desempenho de recuperação dielétrica exigido é modesto.
• Disjuntores de gerador: veem a elevação da TRV extremamente rápida, com muito pouco atraso de tempo em faltas na fonte do gerador. Para sobreviver a isso, um GCB precisa de uma velocidade de recuperação dielétrica muito além do que um disjuntor de distribuição da mesma classe ofereceria.

3. Nível de Isolamento e Capacidade de Suporte

• Disjuntores convencionais: são isolados principalmente contra variações normais de tensão da rede.
• Disjuntores de gerador: têm que lidar com mudanças rápidas de tensão quando o gerador é desconectado, o que pode impor sobretensões transitórias muito altas ao disjuntor. Os GCBs são, portanto, construídos com níveis de isolamento significativamente mais altos e capacidade de suportar impulsos atmosféricos do que disjuntores de distribuição de classificações comparáveis.

4. Seccionamento e Fechamento Fora de Fase

• Disjuntores convencionais: geralmente não têm requisito obrigatório de seccionamento fora de fase, ou apenas um requisito brando.

• Disjuntores de gerador: devem oferecer um forte seccionamento fora de fase. Se o gerador e a rede estiverem fora de sincronismo — com tensão e frequência incompatíveis — o intervalo do interruptor é submetido a uma tensão extremamente alta. Os GCBs são, portanto, especificados para correntes de seccionamento fora de fase muito mais altas do que os disjuntores convencionais, com uma componente CC permissível mais alta na corrente assimétrica também.

5. Corrente Nominal e Capacidade de Interrupção

• Disjuntores convencionais: são construídos para classificações de corrente modestas.
• Disjuntores de gerador: são projetados para correntes elevadas. Sua corrente nominal contínua e corrente de interrupção de curto-circuito ofuscam as dos disjuntores de distribuição, porque devem lidar com o serviço extremo de grandes unidades geradoras.

6. Construção e Mecanismo de Operação

• Disjuntores convencionais: especialmente em tensões mais altas, onde o espaçamento entre fases é grande — são frequentemente construídos como dispositivos operados por polo único, o que acarreta o risco de operação não simultânea das fases.
• Os disjuntores de gerador são tipicamente equipados com um mecanismo de operação trifásico mecanicamente intertravado para garantir a operação síncrona. Isso evita a corrente de sequência negativa que a operação não simultânea produziria no estator do gerador, o que poderia danificar o rotor. Os GCBs modernos também tendem a integrar o disjuntor, o seccionador, o interruptor de aterramento e os transformadores de instrumentos em uma única montagem compacta.

Resumo

Um GCB não é apenas um disjuntor de alta tensão convencional inserido no circuito do gerador; é uma proteção de propósito especial construída para as demandas exclusivas dos sistemas de geradores. O disjuntor convencional opera em uma rede de distribuição onde o componente CC decai rapidamente e a impedância do sistema permanece relativamente estável, enquanto o GCB deve lidar com correntes de cruzamento do zero atrasadas devido a altas relações X/R, uma TRV extremamente íngreme, tarefas exigentes fora de fase e classificações de corrente muito altas.

Adicione o mecanismo de intertravamento trifásico e você terá um projeto que elimina o risco de danos ao rotor causado pela operação não simultânea. Os disjuntores de distribuição simplesmente não são adequados para o estresse elétrico na saída do gerador — apenas um GCB pode eliminar essas falhas em milissegundos e fornecer a proteção da qual as grandes unidades geradoras e seus transformadores elevadores dependem.

Editado de: Garca