Disjuntores Pvo , Gvo e Outros

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

Desenvolvimento de Software para Medio dos Tempos de Operao Durante Ensaios em Disjuntores de Alta Tenso

Ricardo Tozzi de Lima

Itajub, abril de 2010

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBPROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

Ricardo Tozzi de LimaDesenvolvimento de Software para Medio dos Tempos de Operao Durante Ensaios em Disjuntores de Alta Tenso

Dissertao submetida ao Programa de PsGraduao em Engenharia Eltrica como parte dos requisitos para a obteno do Ttulo de Mestre em Cincias em Engenharia Eltrica. rea de concentrao: Sistemas Eltricos de Potncia Orientador: Prof. Dr. Manuel Lus Barreira Martinez

Abril de 2010, Itajub MG

Aos meus pais, Jos e Neuza pelos ensinamentos, dedicao, esforos e por tudo que me ensinaram e o quanto me incentivaram para que eu pudesse chegar at aqui. minha esposa Telma pelo apoio, compreenso e pacincia durante todo este tempo. Aos meus filhos Gabriel e Elias, presentes de Deus na minha vida. A Deus, pois sem ele nada seria possvel.

AgradecimentosAo Prof. Dr. Manuel Lus Barreira Martinez pelos ensinamentos e orientao; pela sua amizade e por tudo em que me ajudou, permitindo-me realizar um bom trabalho. Ao superintendente da EM.O, Eng Ricardo Medeiros, o qual possibilitou esta conquista, dando-me a oportunidade de cursar este mestrado. Ao Gerente do Departamento CTE.O, Eng Luiz Antonio Gouva de Albuquerque, que sempre me incentivou e acreditou no meu trabalho. Ao Gerente da Diviso LAME.O, Eng Juarez Neves Cardoso, pela compreenso em me liberar do Laboratrio todos estes dias em que estive presente na UNIFEI. Ao Me Laerte dos Santos, sem o qual esta conquista no teria sido possvel. Aos companheiros do setor de Metrologia Eng Luiz Henrique Pereira Junqueira, Marzano Carlos Lacerda, Walter Venturini da Silva, Maria do Carmo Faria e Ma Denize Azevedo da Silva. Aos companheiros do setor de Desenvolvimento Eng Walter Latt Junior, Eng Ulisses de Vasconcelos Ordones, Marco Antonio Abi Ramia, Roberto Obvioslo, Carlos Augusto Pardini e rica Patrcia de Oliveira Silveira. Ao Eng Adolfo Ribeiro Junior pelas informaes sempre fornecidas. Ao amigo Alisson Maria da Silva por todo apoio prestado. A todos os companheiros de trabalho que me prestaram grandes ajudas. Aos grandes amigos: Danilo Vaz Figueiredo, Gleisson Carlos da Silva, Marcelo Assis de Faria Ribeiro e Ailton de Lima Ribeiro pela amizade e companheirismo sempre presentes. Aos Engenheiros Jos Morvan Faria Brasileiro e Roberto Teixeira Siniscalchi, companheiros de jornada em FURNAS. Obrigado a todos aqueles que de forma direta ou indireta me ajudaram.

"Um pouco de cincia nos afasta de Deus. Muito nos aproxima." Louis Pasteur

ResumoOs Disjuntores de Alta Tenso so equipamentos de proteo de extrema importncia nos circuitos eltricos de usinas, subestaes e indstrias. Na presena de falhas, estes devem operar no tempo devido protegendo equipamentos e linhas de transmisso, dentro da sua rea de atuao. Dentre os ensaios realizados periodicamente para garantir uma operao confivel destes equipamentos esto os ensaios de medio dos tempos de operao de abertura e fechamento dos seus contatos aps energizao das respectivas bobinas de acionamento. Este ensaio visa verificar se todos os contatos esto abrindo e fechando dentro do tempo estipulado pelo fabricante e se os dispositivos associados proteo do disjuntor (bobinas de abertura e fechamento e rels de proteo) esto operando corretamente. Para a realizao desta medida de tempo h no mercado alguns equipamentos projetados para esta tarefa. Seus custos so altos e a assistncia tcnica prestada pelos representantes muitas vezes no atende por completo as necessidades dos clientes. Pensando nisso, a empresa FURNAS Centrais Eltricas S.A, empresa de energia do Sistema ELETROBRAS, resolveu desenvolver seu prprio equipamento para realizar o ensaio de medio dos tempos de operao dos seus disjuntores. A este equipamento foi dado o nome de IMTD24 (Interface para Medir Tempos de Disjuntores 24 canais, onde 20 canais monitoram o estado dos contatos do disjuntor e 4 canais, o estado das bobinas de acionamento). Esta dissertao tem o propsito de apresentar os passos do desenvolvimento de um software para Microsoft Windows, capaz de se comunicar com a IMTD24 pela porta paralela do computador. Ser mostrado tambm o estado atual do hardware/software, e as novas implementaes que esto sendo desenvolvidas.

Palavras-chave: Disjuntores, Interface IMTD24, Microsoft Windows, tempos de operao de disjuntores, Alta Tenso, usinas, subestaes.

AbstractThe high voltage circuit breakers are protective devices of extreme importance in electrical circuits of power plants, substations and industries. In the presence of failures, they must operate in due time to protect equipment and transmission lines within its area of operation. Among the tests carried out periodically to ensure reliable operation of these equipments, are the measuring the operation times of opening and closing of its contacts after energization of their drive coils. This test is to verify that all contacts are opening and closing within the time stipulated by the manufacturer, and that the devices associated with the protection circuit is operating properly, such as coils of opening and closing and protective relays. For carrying out this test, there is some equipment on the market designed to accomplish this task. Their costs are high and technical assistance provided by representatives often does not meet customer needs. With this in mind, the company FURNAS Centrais Eltricas S.A, energy company of ELETROBRAS system, decided to develop its own equipment to perform these tests, measuring the times of operation of the its circuit breakers. This equipment received the name IMTD24 ("Interface para Medir Tempos de Disjuntores - 24 canais"). With 20 channels to monitor the state of the breaker's contacts, and 4 channels to monitor the state of the coil drive. This volume aims to present the steps of development of a software for Microsoft Windows, able to communicate with the IMTD24 through computer's parallel port. Will also be shown the current state of hardware and software, and the new implementations being developed.

Keywords: Circuit breakers, Interface IMTD24, Microsoft Windows, operating times of circuit breakers, high voltage, power plants, substations.

SUMRIONOMENCLATURAS E SIMBOLOGIAS .......................................................................... IV LISTA DE TABELAS ........................................................................................................... VI LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................... VII 1. INTRODUO ................................................................................................................ 1 1.1 1.2 1.3 1.4 2. APRESENTAO ......................................................................................................... 1 HISTRIA DE FURNAS CENTRAIS ELTRICAS S.A ................................................. 2 HISTRICO DO DESENVOLVIMENTO DA APLICAO ................................................. 3 ESTRUTURA DA DISSERTAO ................................................................................... 5

DISJUNTORES DE ALTA TENSO ............................................................................ 8 2.1 2.22.2.1 2.2.2

INTRODUO AOS DISJUNTORES DE ALTA TENSO ................................................... 8 ASPECTOS BSICOS E CONSTRUTIVOS ..................................................................... 10Introduo .................................................................................................................................... 10 Tcnicas de interrupo ............................................................................................................... 12Histrico ................................................................................................................................................... 12

2.2.2.1

2.2.3

Disjuntores a leo ........................................................................................................................ 13Disjuntores a Grande Volume de leo (GVO) ......................................................................................... 15 Disjuntores a Pequeno Volume de leo (PVO) ........................................................................................ 16

2.2.3.1 2.2.3.2

2.2.4 2.2.5

Disjuntores a Ar Comprimido .................................................................................................... 17 Disjuntores a SF6 .......................................................................................................................... 19Histrico ................................................................................................................................................... 19 Propriedades do SF6.................................................................................................................................. 19 Disjuntores a SF6 de dupla presso ........................................................................................................... 21 Disjuntores a SF6 de presso nica ........................................................................................................... 22

2.2.5.1 2.2.5.2 2.2.5.3 2.2.5.4

2.2.6

Disjuntores a Vcuo ..................................................................................................................... 23Histrico ................................................................................................................................................... 23 Aplicaes dos disjuntores a vcuo .......................................................................................................... 25

2.2.6.1 2.2.6.2

I

2.2.7

Concluses sobre as tcnicas de extino de arco na alta tenso ............................................. 26

2.3 2.42.4.1 2.4.2

RESISTORES DE ABERTURA E PR-INSERO EM DISJUNTORES DE ALTA TENSO 27 SINCRONIZADORES (CONTROLADORES) .................................................................. 31Parmetros fixos ........................................................................................................................... 31 Parmetros dinmicos ................................................................................................................. 35

3.

ENSAIOS EM DISJUNTORES .................................................................................... 39 3.1 3.2 3.3 3.4 3.53.5.1

INTRODUO ............................................................................................................ 39 ENSAIOS DE TIPO ..................................................................................................... 39 ENSAIOS DE PROTTIPO .......................................................................................... 40 ENSAIOS DE ROTINA................................................................................................. 40 METODOLOGIA DE ALGUNS ENSAIOS EM DISJUNTORES .......................................... 41Ensaio de isolao (medio do fator de potncia) .................................................................... 41Montagem do ensaio utilizando Doble M2H de 10 kV ............................................................................. 43 Clculo do fator de potncia percentual utilizando Doble M2H ............................................................... 43

3.5.1.1 3.5.1.2

3.5.2

Ensaio nos capacitores ................................................................................................................. 44Clculo da capacitncia de capacitores utilizando Doble M2H ................................................................ 45

3.5.2.1

3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6 3.5.7

Ensaio de resistncia de contatos ................................................................................................ 46 Ensaio de estanqueidade do SF6.................................................................................................. 48 Ensaio dos resistores dos contatos auxiliares ............................................................................. 49 Ensaios de Termografia Infravermelha e deteco de corona por UV.................................... 51 Ensaio de oscilografia .................................................................................................................. 53

4.

DESENVOLVIMENTO DA APLICAO ................................................................. 57 4.1 4.24.2.1

ASPECTOS MOTIVADORES PARA O DESENVOLVIMENTO ......................................... 57 FASES DO DESENVOLVIMENTO................................................................................. 57Comunicao pela porta paralela ............................................................................................... 58Modos de transmisso da porta paralela ................................................................................................... 58 Endereos da porta na memria ................................................................................................................ 59 Registradores da porta paralela ................................................................................................................. 60

4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3

II

4.2.1.4

Comunicao entre software e hardware IMTD24 atravs da porta paralela ............................................ 62

4.2.2

Desenvolvimento de um driver ("IMTD24.SYS") ..................................................................... 63Acessando o espao de I/O pelo uso de um device driver......................................................................... 64

4.2.2.1

4.2.3

Escrita do cdigo do projeto........................................................................................................ 69Comunicao com o driver via rotinas da API do Windows .................................................................. 70 Configurao da prioridade "Tempo Real" para o processo ..................................................................... 72 Escrita e leitura na porta ........................................................................................................................... 76

4.2.3.1 4.2.3.2 4.2.3.3

5.

METODOLOGIA DO ENSAIO USANDO A APLICAO DESENVOLVIDA ... 78 5.1 5.2 5.35.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5

APRESENTAO ....................................................................................................... 78 PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO .............................................................................. 79 TELAS PRINCIPAIS DO SOFTWARE............................................................................ 80Tela inicial..................................................................................................................................... 80 Tela de configurao de novo teste ............................................................................................. 81 Tela de verificao das configuraes e estado dos canais ....................................................... 82 Tela para escolha do canal de disparo ........................................................................................ 83 Tela com o grfico do ensaio ....................................................................................................... 84

6. 7.

ENSAIOS REALIZADOS PARA VERIFICAR A EFICCIA DO SOFTWARE ... 87 NOVAS IMPLEMENTAES EM ANDAMENTO ................................................. 92 7.1 7.2 7.3 MUDANA DO MODO DE COMUNICAO ENTRE SOFTWARE/HARDWARE .............. 92 AQUISIO DAS LEITURAS VIA SISTEMA MICROCONTROLADO .............................. 92

CAPACIDADE DE MEDIR CONTATOS AUXILIARES SEM NECESSIDADE DE DESCONEXO DOS LINKS ...................................................................................................... 93 8. CONCLUSES ............................................................................................................... 97

BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................. 100

III

Nomenclaturas e SimbologiasA API BIOS C CO Cos CPL CPU CS CTE.O DMA ECP EFLAGS EM.O EPP f F FIFO FP GDT GVO I/O IMTD IN IOPL IOPM LAME.O m MCC MSDN Corrente eltrica (Ampre) Application Programming Interface Basic Input Output System Capacitncia Close-Open Cosseno Current Privilege Level Computer Processor Unit Registrador Code Segment Centro Tcnico de Ensaios e Medies FURNAS Direct Access Memory Enhanced Capabilities Port Registrador de Status nos microprocessadores Intel 80x86 Superintendncia de Engenharia de Manuteno FURNAS Enhanced Parallel Port Freqncia em Hertz Faraday Algoritmo First In First Out (primeiro a entrar primeiro a sair) Fator de Potncia Global Descriptor Table Grande Volume de leo Entrada e sada Interface para Medir Tempos de Disjuntores Instruo de hardware (entrada) I/O Privilege Level I/O Permission bitMap Laboratrio de Medidas Eltricas e Eletrnicas FURNAS Mili Manuteno Centrada na Confiabilidade Microsoft Developer Network

IV

MSDOS MTC NT OUT PC PIC PPM PVO S Sen SF6 SO SPE SSP Tan TR TRT TSS UG UNIFEI UV V VA W WDK Xc

Microsoft Disk Operating System Manual Tcnico de Campo FURNAS New tecnology Instruo de hardware (sada) Personal Computer Programmable Interface Controller Parte Por Milho Pequeno Volume de leo Potncia aparente Seno Hexafluoreto de enxofre Sistema Operacional Sociedade de propsito especfico Standard Parallel Port Tangente Task Register Tenso de Restabelecimento Transitria Task State Segment Unidade Geradora Universidade Federal de Itajub Ultravioleta Volt Volt-Ampre Potncia em Watt Windows Driver Kit Reatncia Capacitiva Ohm Micro Phi Delta Pi

V

Lista de TabelasTABELA 2.1 APLICAES ESPECIAIS COM DISJUNTORES ...................................................................................... 11 TABELA 2.2 PRINCIPAIS VANTAGENS DO DISJUNTOR PVO SOBRE O GVO ........................................................... 17 TABELA 3.1 VALORES TPICOS DE RESISTNCIA DE CONTATOS DE DISJUNTORES DE ALTA TENSO...................... 47 TABELA 4.1 ENDEREOS DAS PORTAS PARALELAS .............................................................................................. 59 TABELA 4.2 REGISTRADOR DE DADOS DA PORTA PARALELA ............................................................................... 61 TABELA 4.3 REGISTRADOR DE STATUS DA PORTA PARALELA .............................................................................. 61 TABELA 4.4 REGISTRADOR DE CONTROLE DA PORTA PARALELA ......................................................................... 61 TABELA 4.5 TABELA DE PRIORIDADES DA PLATAFORMA NT ............................................................................... 74 TABELA 6.1 RESULTADOS DO ENSAIO COM TEMPO DE DURAO DE 2 CICLOS ..................................................... 87 TABELA 6.2 RESULTADOS DO ENSAIO COM TEMPO DE DURAO DE 5 CICLOS ..................................................... 87 TABELA 6.3 RESULTADOS DO ENSAIO COM TEMPO DE DURAO DE 10 CICLOS ................................................... 88 TABELA 6.4 RESULTADOS DO ENSAIO COM TEMPO DE DURAO DE 20 CICLOS ................................................... 88 TABELA 6.5 RESULTADOS DO ENSAIO COM TEMPO DE DURAO DE 30 CICLOS ................................................... 88 TABELA 6.6 RESULTADOS DO ENSAIO COM TEMPO DE DURAO DE 40 CICLOS ................................................... 89 TABELA 6.7 RESULTADOS DO ENSAIO COM TEMPO DE DURAO DE 50 CICLOS ................................................... 89 TABELA 6.8 RESULTADOS DO ENSAIO COM TEMPO DE DURAO DE 55 CICLOS ................................................... 89

VI

Lista de FigurasFIGURA 1.1 OSCILGRAFO DE PAPEL YOKOGAWA MOD. 2932 .......................................................................... 4 FIGURA 2.1 CLASSIFICAO DOS DISJUNTORES ................................................................................................... 10 FIGURA 2.2 REPRESENTAO DE DISJUNTORES A LEO COM "LIVE TANK" E "DEAD TANK" ................................. 13 FIGURA 2.3 TIPOS DE DISJUNTORES A LEO MINERAL (LIVE TANK E DEAD TANK) ................................................ 14 FIGURA 2.4 TIPOS DE CMARAS DE EXTINO DE DISJUNTORES A LEO.............................................................. 14 FIGURA 2.5 CORTE DE UM PLO DE DISJUNTOR GVO GE FK 145/37000 (GENERAL ELECTRIC) ......................... 15 FIGURA 2.6 DISJUNTOR A PEQUENO VOLUME DE LEO ........................................................................................ 16 FIGURA 2.7 CORTE DISJUNTOR PVO ALTA TENSO ASEA HLC (ABB) ............................................................. 16 FIGURA 2.8 CMARA DE DISJUNTOR A AR COMPRIMIDO TIPO MONOBLAST .......................................................... 18 FIGURA 2.9 CMARA DE DISJUNTOR A AR COMPRIMIDO TIPO DUO-BLAST ........................................................... 18 FIGURA 2.10 COMPARAO DE RIGIDEZ DIELTRICA ENTRE LEO MINERAL, AR E GS SF6. .............................. 21 FIGURA 2.11 CORTE DA UNIDADE DE INTERRUPO DE UM DISJUNTOR SF6 DE PRESSO DUPLA (SIEMENS) ........ 22 FIGURA 2.12 DISJUNTOR SF6 DE PRESSO NICA - OPERAO DE ABERTURA E EXTINO DO ARCO (SIEMENS) . 23 FIGURA 2.13 CORTE DE UMA CMARA DE DISJUNTOR A VCUO .......................................................................... 25 FIGURA 2.14 CIRCUITO EQUIVALENTE COM RESISTOR DE ABERTURA PARA AMORTECIMENTO ............................ 27 FIGURA 2.15 EFEITO DO RESISTOR DE ABERTURA NO AMORTECIMENTO DA TRT FALTA TERMINAL ................. 29 FIGURA 2.16 EFEITO DO RESISTOR DE ABERTURA NA REDUO DA TRT - FALTA TERMINAL .............................. 29 FIGURA 2.17 INTERRUPO DE CORRENTE CAPACITIVA COM USO DE RESISTOR DE ABERTURA............................ 30 FIGURA 2.18 JANELA AUTORIZADA PARA ABERTURA DE BANCOS DE REATORES UTILIZANDO CONTROLADOR DE ABERTURA..................................................................................................................................................... 33 FIGURA 2.19 EXEMPLO MONOFSICO DE ABERTURA DE BANCO DE REATORES UTILIZANDO CONTROLADOR DE ABERTURA..................................................................................................................................................... 33 FIGURA 2.20 INSTANTE IDEAL PARA FECHAMENTO DE DISJUNTOR EM BANCOS DE CAPACITORES ........................ 34 FIGURA 2.21 EXEMPLO MONOFSICO DE FECHAMENTO DE BANCO DE CAPACITORES UTILIZANDO CONTROLADOR DE FECHAMENTO ........................................................................................................................................... 35 FIGURA 2.22 CONFIGURAO DOS PARMETROS DO CONTROLADOR .................................................................. 36 FIGURA 2.23 DEMONSTRAO DA OPERAO DO DISJUNTOR VIA COMANDO CONTROLADO................................ 37 FIGURA 3.1 REPRESENTAO DE UM SISTEMA DE ISOLAO REAL ...................................................................... 42

VII

FIGURA 3.2 ENSAIO DE ISOLAO EM CMARA DE DISJUNTOR DELLE PK4 UTILIZANDO DOBLE M2H DE 10 KV 43 FIGURA 3.3 ENSAIO DE CAPACITORES EM DISJUNTORES DE ALTA TENSO UTILIZANDO DOBLE M2H ................. 45 FIGURA 3.4 MEDIO DE RESISTNCIA DE CONTATOS EM DISJUNTORES DE ALTA TENSO .................................. 47 FIGURA 3.5 MEDIO DE ESTANQUEIDADE DE SF6 USANDO O MTODO DE ACUMULAO.................................. 48 FIGURA 3.6 MODELO DE DISJUNTOR SEM ACESSO AO CIRCUITO RESISTIVO .......................................................... 50 FIGURA 3.7 MODELO DE DISJUNTOR COM ACESSO AO CIRCUITO RESISTIVO ......................................................... 50 FIGURA 3.8 ESPECTRO ELETROMAGNTICO ......................................................................................................... 51 FIGURA 3.9 ENSAIO DE TERMOGRAFIA INFRAVERMELHA NA COLUNA DE ISOLADORES DO DISJUNTOR ANTES E DEPOIS DA LIMPEZA ....................................................................................................................................... 52 FIGURA 3.10 ENSAIO DE DETECO DE CORONA POR UV NA COLUNA DE ISOLADORES DO DISJUNTOR ANTES E DEPOIS DA LIMPEZA ....................................................................................................................................... 53 FIGURA 3.11 MODELO SIMPLIFICADO DO CIRCUITO MEDIDOR DE CONTATOS DO DISJUNTOR ............................... 54 FIGURA 3.12 MODELO SIMPLIFICADO DO CIRCUITO MEDIDOR DAS BOBINAS DO DISJUNTOR ................................ 55 FIGURA 4.1 ASSOCIAO ENTRE REGISTRADORES E PINOS DA PORTA PARALELA ................................................ 60 FIGURA 4.2 ENTRADAS E SADAS DA IMTD24 ..................................................................................................... 63 FIGURA 4.3 NVEIS DE PRIVILGIOS DA ARQUITETURA INTEL 80X86 ................................................................. 64 FIGURA 4.4 REGISTRADOR EFLAGS INTEL 80X86 ........................................................................................... 65 FIGURA 4.5 MODELO DE ENDEREAMENTO PARA A REA IOPM NO TSS ............................................................ 66 FIGURA 4.6 VISUALIZAO DA TSS ATRAVS DE UM DEBUGGER ........................................................................ 67 FIGURA 4.7 CHAVE DO SERVIO DO DRIVER ADICIONADA AO REGISTRO DO WINDOWS..................................... 71 FIGURA 4.8 ALGORITMO DE ESCALONAMENTO ROUND-ROBIN COM 4 CLASSES .................................................. 75 FIGURA 4.9 ESCALONAMENTO ROUND-ROBIN..................................................................................................... 76 FIGURA 5.1 INTERFACE PARA MEDIR TEMPOS DE DISJUNTORES DE 24 CANAIS (IMTD24) .................................. 78 FIGURA 5.2 FILOSOFIA DO ENSAIO UTILIZANDO A IMTD24 ................................................................................. 79 FIGURA 5.3 TELA INICIAL DO SOFTWARE ............................................................................................................. 80 FIGURA 5.4 TELA DE CONFIGURAO DE NOVO TESTE ......................................................................................... 81 FIGURA 5.5 TELA DE VERIFICAO ...................................................................................................................... 82 FIGURA 5.6 LEGENDAS DOS ESTADOS DOS CANAIS .............................................................................................. 82 FIGURA 5.7 TELA PARA ESCOLHA DO CANAL DE DISPARO DO ENSAIO .................................................................. 83

VIII

FIGURA 5.8 GRFICO DO ENSAIO ......................................................................................................................... 84 FIGURA 5.9 EXEMPLO DE UM RELATRIO COMPLETO DE ENSAIO DE MEDIO DE TEMPOS DE OPERAO DE DISJUNTORES ................................................................................................................................................. 85 FIGURA 7.1 PLACA MICROCONTROLADA POR PIC 16F877A PARA COMUNICAO COM A IMTD24 .................... 93 FIGURA 7.2 MODELO DO CIRCUITO DE MEDIO ORIGINAL DA IMTD24 ............................................................. 94 FIGURA 7.3 MODELO DO NOVO CIRCUITO DE MEDIO DA IMTD24 ................................................................... 95

IX

Universidade Federal de Itajub (Laboratrio de Alta Tenso) Ricardo Tozzi de Lima

1

1. Introduo1.1 ApresentaoEste trabalho visa apresentar o desenvolvimento de um software para medio dos tempos de operao de disjuntores de alta tenso da empresa FURNAS Centrais Eltricas S.A, empresa de energia do grupo ELETROBRAS. O software foi escrito para se comunicar com a IMTD24 Interface para Medir Tempos de Disjuntores 24 canais. Esta Interface foi desenvolvida por FURNAS nos anos 90 para suprir a carncia de oscilgrafos da poca. A Interface IMTD24 possui 24 canais. Destes, 20 monitoram o estado dos contatos principais e auxiliares (abertura e/ou fechamento) e 4 monitoram a energizao e desenergizao das bobinas de comando do disjuntor. Este monitoramento realizado a cada 100 microssegundos para garantir uma boa exatido das leituras, uma vez que os tempos de operao de disjuntores de alta tenso so da ordem de milissegundos (1 ciclo 16,7 milissegundos). O software para se comunicar com a IMTD24 foi escrito em linguagem C, e se comunica com a Interface pela porta paralela em modo unidirecional (SSP Standard Parallel Port), enviando comandos porta e recebendo de volta as respostas contendo as leituras dos 24 canais. Nas plataformas Windows 9x e Me, a comunicao com a Interface realizada atravs do uso das instrues IN e OUT (funes _inp() e _outp() da linguagem C) em modo nativo. Nos sistemas operacionais Windows NT, 2000, XP e Vista, baseados na tecnologia NT (New Tecnology), doravante tratados simplesmente como plataformas NT, a execuo destas rotinas causa uma exceo "Privileged Instruction", informando a no autorizao do acesso porta. Isto acontece porque as plataformas NT trabalham com dois nveis de privilgio: 0 e 3. As aplicaes de usurio rodam, por definio, no nvel de privilgio mais baixo, nvel 3. Enquanto que para acessar as portas do computador a aplicao deve rodar no nvel de privilgio mais alto (nvel 0). Isto implementando pelo Sistema Operacional para aumentar a segurana e estabilidade.



2

Para permitir que o software desenvolvido possa ter privilgio suficiente para executar as instrues IN e OUT na porta paralela, foi desenvolvido um driver ("IMTD24.SYS") que carregado na memria para realizar a comutao entre os nveis de privilgio da aplicao, mudando do nvel 3 para 0. Como o software foi desenvolvido para suprir as necessidades de FURNAS Centrais Eltricas S.A, o tpico 1.2 mostra a histria da Empresa com seu papel scio-econmico no pas, e o tpico 1.3, o histrico do desenvolvimento da IMTD24 com o aplicativo apresentado neste trabalho. No tpico 1.4 demonstrada a estrutura da dissertao, mostrando a abrangncia de cada captulo.

1.2 Histria de FURNAS Centrais Eltricas S.AFURNAS nasceu com o desafio de sanar a crise energtica que ameaava, em meados da dcada de 50, o abastecimento dos trs principais centros socioeconmicos brasileiros - So Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte. Com o objetivo de construir e operar no rio Grande a primeira usina hidreltrica de grande porte do Brasil, a Usina Hidreltrica de FURNAS, com capacidade de 1.216 MW foi criada em 28 de fevereiro de 1957, atravs do Decreto Federal n 41.066, a empresa "Central Eltrica de FURNAS". Efetivamente, comeou a funcionar em 1963, em Alpinpolis MG. Em 1 de junho de 1971, a sede foi transferida para o Rio de Janeiro e a Empresa ganhou um novo nome: "FURNAS Centrais Eltricas S.A.", que melhor expressa a proposta de construo de um conjunto de usinas. Hoje, FURNAS est presente no Distrito Federal e nos estados de So Paulo, Minas Gerais, Rio de Janeiro, Esprito Santo, Gois, Tocantins, Mato Grosso, Paran e Rondnia, onde funciona o Escritrio de Construo de Porto Velho. Conta com um complexo de doze usinas hidreltricas e duas termeltricas, totalizando uma potncia de 9.910 MW, o que representa aproximadamente 10% da gerao do pas, sendo 7.971 MW instalados em usinas prprias e 1.939 MW em parceria com a iniciativa privada ou em Sociedade de Propsito Especfico (SPE). Conta, ainda, com 19.277,5 km de linhas de transmisso e 49 subestaes,



3

garantindo o fornecimento de energia eltrica em uma regio onde esto situados 51% dos domiclios brasileiros, e que responde por 65% do PIB brasileiro.

1.3 Histrico do desenvolvimento da aplicaoNos anos 60, quando FURNAS comeou atuar como empresa de energia no pas, os equipamentos utilizados na poca para realizar a medio dos tempos de operao de seus disjuntores eram equipamentos com princpios de funcionamento eletromagnticos que gravavam as leituras em papis fotossensveis, conforme mostrado na Figura 1.1. Esses oscilgrafos tinham alguns problemas, tais como: Equipamentos pesados e grandes, causando dificuldades para o manuseio; O fato de trabalhar com papel deixavam os ensaios com algumas restries: o O medidor deveria estar abrigado da luz solar, devido ao papel ser fotossensvel (o que nem sempre possvel em uma subestao); o Ambientes com altas umidades relativas poderiam causar danos ao papel. Ao final do teste, o tcnico utilizava uma rgua para medir o grfico gerado e calcular os tempos encontrados o que comprometia a exatido dos resultados obtidos. Algumas precaues para operao desses oscilgrafos eram tambm declaradas em seus manuais de operao [1]: "A lmpada de mercrio utilizada no instrumento para gravar o ensaio no papel emite raios ultravioletas muito intensos, nunca olhe diretamente luz"; "Existem tenses fatais no circuito da lmpada de mercrio, portanto nunca toque em nenhum ponto do circuito com o instrumento ligado"; "Operar o instrumento horizontalmente, pois a lmpada pode explodir caso fique energizada muito tempo em posio inclinada".



4

Figura 1.1 Oscilgrafo de papel YOKOGAWA Mod. 2932

Por causa dos problemas e restries mostrados acima, nos anos 90 foi desenvolvido no Laboratrio de Medidas Eletroeletrnicas LAME.O (centro tecnolgico de FURNAS Centrais Eltricas S.A) um equipamento moderno para realizar o ensaio de medio de tempos de operao de disjuntores, chamado IMTD24 ("Interface para Medir Tempos de Disjuntores 24 canais"). O equipamento realiza o ensaio no disjuntor e transfere em tempo real as leituras a um computador atravs da porta paralela. Na ocasio, foi desenvolvido um software, rodando em MSDOS, para tratar os dados obtidos e dar ao tcnico a possibilidade de verificar se os tempos encontrados estavam dentro do esperado. Em Sistemas Operacionais tais como Windows 95 e 98 a aplicao desenvolvida na poca funcionava corretamente. Quando a Empresa optou por utilizar Sistemas Operacionais da plataforma NT, o software desenvolvido em MSDOS j no funcionava corretamente devido s incompatibilidades entre os sistemas de processamentos. Para dar continuidade ao uso da IMTD24, foi necessrio dar incio ao desenvolvimento do cdigo de um novo programa que permitisse o uso da Interface nos novos sistemas operacionais da tecnologia NT. No ano de 2003, o cdigo foi testado e aprovado, e a empresa o disponibilizou para uso.



5

Esta dissertao descreve entre outros seu uso, validao e aplicaes.

1.4 Estrutura da dissertaoO captulo 2 descreve os vrios tipos de disjuntores de alta tenso, cobrindo os seguintes tpicos: Tcnicas de extino do arco eltrico; Aplicaes de cada tipo de disjuntor; Partes construtivas; A evoluo das tcnicas e novos estudos em andamento; Vantagens e desvantagens do uso de cada tcnica, comparando preos, eficincia, manuteno, etc. O captulo 3 descreve os principais ensaios realizados em disjuntores de alta tenso, demonstrando caractersticas dos ensaios de tipo, prottipo e rotina. Para os ensaios de rotina foi apresentada uma cobertura mais completa das metodologias usadas pelas empresas do setor eltrico, mostrando algumas particularidades adotadas por FURNAS. O captulo 4 apresenta os aspectos motivadores para o desenvolvimento do software. Sendo as fases do desenvolvimento do projeto detalhadas como segue: Apresentao do estudo das entradas e sadas da IMTD24; Definio do modo de trabalho da porta paralela de modo a garantir a melhor comunicao possvel entre software e hardware; Apresentao do desenvolvimento de um driver ("IMTD24.SYS") que garante ao software o acesso porta paralela nas plataformas NT. Uma vez que estas plataformas implementam um nvel de segurana maior e no permitem que um programa rodando em modo usurio execute instrues de hardware; Apresentao das fases principais da escrita do cdigo do aplicativo.

O captulo 5 mostra a metodologia do ensaio de medio de tempos operao de disjuntores de alta tenso usando o software aqui apresentado em conjunto com a IMTD24.



6

No captulo 6 so apresentados os resultados dos testes aos quais o programa foi submetido, de modo a declarar sua exatido. O captulo 7 trata das novas implementaes que esto sendo desenvolvidas para que o conjunto software/hardware se adqem s novas necessidades da Empresa no quesito "medio de tempos de operao de disjuntores de alta tenso". E por fim, no captulo 8 so levantadas algumas concluses sobre este trabalho.



7

"Nossas dvidas so traidoras e nos fazem perder o que, com freqncia, poderamos ganhar, por simples medo de arriscar" William Shakespeare



8

2. Disjuntores de alta tenso2.1 Introduo aos disjuntores de alta tensoDisjuntores so dispositivos utilizados nos circuitos eltricos com a finalidade de proteger equipamentos, linhas de transmisso e outros circuitos conectados jusante do ponto de sua instalao. Em condies normais, os disjuntores esto fechados, permitindo que a potncia necessria aos circuitos conectados a este flua normalmente. Com sua resistncia de contatos na ordem de , o disjuntor visto pelo circuito como um caminho livre e no representa uma carga ao sistema. Em condies de falta, atuam de modo a elimin-la, protegendo os equipamentos e as linhas de transmisso localizados dentro da sua rea de atuao. A tarefa mais crtica pela qual o disjuntor submetido a de interromper correntes de curto-circuito. Arcos eltricos gerados durante estas interrupes dissipam, por efeito joule, grandes quantidades de energia com temperaturas que podem atingir valores da ordem de 50000 C e presses na ordem de 100 MPa para um volume menor que um litro[2]. A severidade desta operao de interromper correntes de curto-circuito tem aumentado imensamente durante os ltimos anos, como resultado do crescimento das conexes das redes eltricas de distribuio primria e secundria. As tenses passaram de 132 a 750 kV durante as ltimas cinco dcadas[3], sendo que linhas de transmisso acima de 1000 kV j foram construdas em pases como Japo e Rssia. Enquanto os nveis de tenso aumentam, o tempo total gasto pelo disjuntor na interrupo de curtos-circuitos tem sido reduzido para adequar s necessidades da estabilidade do sistema. Os projetos mais antigos com extino a leo variavam de 10 a 20 ciclos em decorrncia da durao do arco. Com a introduo do conceito de extino a ar comprimido este tempo caiu para o patamar de 6 a 8 ciclos, e com o melhoramento das tcnicas de interrupo este tempo baixou para 2 ciclos [3]. Os aspectos construtivos, a capacidade de interrupo, o tipo de extino e a capacidade mxima de conduo so fatores importantssimos que devem ser levantados a partir das



9

caractersticas fsicas da rede onde so instalados. Um mau dimensionamento pode acarretar srios danos ao disjuntor e ao circuito protegido pelo mesmo. Com o crescimento da demanda da energia eltrica, associada idia de levar eletricidade a toda populao para que todos tenham acesso s tecnologias disponveis, os sistemas tendem a ficar cada vez mais complexos. Isso deve exigir um estudo mais profundo no momento do dimensionamento da mxima corrente de curto-circuito e menores tempos de abertura e fechamento dos contatos dos equipamentos a serem instalados em novas usinas e subestaes. Este crescimento tambm faz com que a maioria dos equipamentos instalados h mais tempo tenham que ser substitudos por outros que sejam adequados s necessidades do sistema. A idia de interconectar os sistemas eltricos faz com os nveis de corrente de curtocircuito aumentem consideravelmente. Linhas de transmisso muito longas e que conduzem nveis muito altos de potncia exigem nveis de tenso maiores para se obter menos perdas na transmisso, e com isso, disjuntores mais robustos e com capacidades de interrupo cada vez maiores. O desenvolvimento de tcnicas de limitao de corrente de curto e a exigncia de extino de falhas com tempos cada vez menores (em torno de 1 ciclo) so critrios importantes no desenvolvimento dos disjuntores no presente momento. O design dos disjuntores deve contemplar as funes de controlar a corrente que passa no circuito em regime permanente e em condies de falta. Em condies normais, deve ser visto pelo sistema como um canal livre para a conduo de corrente com uma impedncia da ordem de , e em condies de falta, deve interromper o circuito em um tempo dentro do seu ajuste, extinguir o arco desenvolvido e ter uma impedncia muito elevada para garantir a isolao do circuito. Os disjuntores podem ser classificados em relao tenso de trabalho, localizao, design externo e o meio de extino [4], como demonstrado na Figura 2.1.



10

Figura 2.1 Classificao dos disjuntores

2.2 Aspectos bsicos e construtivos2.2.1 IntroduoAs decises necessrias construo de disjuntores que sejam capazes de cumprir suas funes nas redes eltricas exigem uma srie de definies dos fabricantes. Em primeiro lugar, devem ser definidas as caractersticas nominais s quais o disjuntor deve atender. A mais importante dessas sua capacidade nominal de interrupo das correntes de curto-circuito. Em segundo plano, deve ser definido seu meio de extino, o meio isolante e o tipo de mecanismo de operao [5]. Aps ter passado pelo processo de fabricao, os disjuntores so submetidos a ensaios de tipo, executados geralmente em um laboratrio especfico seguindo as normas vigentes. O disjuntor ento colocado venda com a garantia de sua qualidade confirmada nos ensaios. At este ponto pode-se dizer que todos os fabricantes seguem o mesmo critrio normalizado para a fabricao de disjuntores. No entanto, seus valores-limite (sobretenses suportveis, corrente nominal, suportabilidade dinmica e trmica) diferem entre si pelas suas caractersticas construtivas.



11

Na ocorrncia de um determinado cliente necessitar de um disjuntor para aplicaes especiais, com valores limites especficos, ou onde os ensaios no estejam ainda previstos pelas normas vigentes, os fabricantes devem decidir se: Pequenas alteraes no projeto bsico (parte ativa ou mecanismo de operao) permitem que o disjuntor possa operar com os novos valores especificados; necessrio acrescentar elementos ao equipamento para que este possa atuar devidamente quando instalado na rede; Um novo projeto de disjuntor deve ser desenvolvido para atender s exigncias do cliente, pois o projeto bsico no atende aos critrios da aplicao. A Tabela 2.1 demonstra alguns exemplos de aplicaes que requerem estudos especiais por parte do fabricante do disjuntor.Aplicaes especiais com disjuntores 1 Aplicao em manobras de banco de capacitores: Abertura e fechamento de um nico banco de capacitores; Fechamento de banco de capacitores em paralelo com outro j energizado (back-to-back). 2 Manobra de motores; 3 Manobra de fornos eltricos; 4 Manobra de reatores.Tabela 2.1 Aplicaes especiais com disjuntores

Para aplicaes especiais, o fabricante pode modificar o projeto, ou usar artifcios adicionais que permitam um funcionamento adequado nas condies exigidas [5]. Alguns exemplos dessas aplicaes so mostrados abaixo: Em projetos com energizao de bancos de capacitores em paralelo (back-to-back) o fabricante pode solicitar a colocao de impedncias indutivas em srie com o disjuntor para limitar a corrente e a freqncia de energizao transitria; Para aumentar a capacidade de interrupo no caso de faltas na linha pode ser necessrio adicionar um capacitor em paralelo ao contato principal; Para reduzir as sobretenses no momento das manobras, podem ser colocados contatos auxiliares de fechamento e/ou abertura com resistores de pr-insero. Isso reduz os esforos sofridos pelos contatos principais.



12

Mais raramente, o fabricante pode aumentar as exigncias com relao quantidade de manobras entre uma manuteno e outra, ou reduzir a quantidade de manobras permitidas dentro da vida til do disjuntor [5].

2.2.2 Tcnicas de interrupo2.2.2.1 Histrico Historicamente, os disjuntores com interrupo ao ar livre foram os primeiros dispositivos a serem utilizados. Porm, para atender o crescimento das potncias de interrupo, e elevao dos nveis de tenso dos circuitos eltricos, foram colocados no mercado os disjuntores a leo mineral isolante a Grande Volume de leo (GVO). Esta tcnica de isolao apresentou problemas srios com acidentes graves registrados na poca, provocados pela exploso e incndio dos disjuntores. Estudos foram realizados para melhorar esta tcnica, surgindo os disjuntores a Pequeno Volume de leo (PVO). Na dcada de 30, os disjuntores a ar comprimido apareceram como a melhor alternativa para extino de arco eltrico em sistemas de alta tenso. Em 1953 os Estados Unidos construram seu primeiro prottipo de disjuntor a SF6, e no incio dos anos 70, apareceram os primeiros disjuntores com extino a vcuo. Hoje as linhas de pesquisas sobre tcnicas de extino apontam para o uso de disjuntores a semicondutores, que j vem sendo testados em laboratrios. O uso destes disjuntores no futuro promissor, pois so os que mais se aproximam do ideal. No entanto, seu uso ainda est restrito a nveis baixos de tenso. As tcnicas de extino de arco eltrico mais comumente utilizadas em circuitos de alta tenso em vigor nos dias de hoje so as seguintes: Ar comprimido; Grande Volume de leo; Pequeno Volume de leo; Vcuo; SF6.



13

Vale lembrar que a vida til dos disjuntores so de vrias dcadas, e assim, uma tcnica caracterizada como inferior em relao s tcnicas presentes no momento, pode continuar vigente por longos anos. Mesmo com os acidentes registrados pelo uso dos GVO's, no implica necessariamente que os equipamentos sero trocados, j que esta substituio demanda tempo, indisponibilidade do sistema e altos custos em adquirir um novo disjuntor. O que acontece muitas vezes um aumento da ateno com o equipamento no sentido de realizar manutenes peridicas mais freqentes de modo a evitar tais problemas.

2.2.3 Disjuntores a leoNos disjuntores a leo, os dispositivos de interrupo esto mergulhados em leo isolante. No momento da operao, gases como hidrognio so liberados devido s altas temperaturas desenvolvidas no meio, e esta liberao de gases d incio a um grande fluxo de leo que alonga o arco eltrico criado, resfriando os contatos e deionizando o dieltrico. H duas categorias consideradas: uma onde o recipiente contendo o leo metlico e aterrado ("dead tank"), e outra onde este recipiente isolado de terra ("live tank"). Veja na Figura 2.2.

Figura 2.2 Representao de disjuntores a leo com "live tank" e "dead tank"

Dependendo da classe de tenso na qual o disjuntor instalado, definem-se a quantidade de interruptores instalados no equipamento. A Figura 2.3 demonstra quatro tipos de disjuntores a leo: live tank com um nico interruptor, dead tank com dois interruptores, live tank com quatro interruptores e dead tank tambm com quatro interruptores, respectivamente.



14

Figura 2.3 Tipos de disjuntores a leo mineral (live tank e dead tank)

Para extinguir o arco eltrico em disjuntores a leo, dois tipos de cmaras so empregadas: cmaras de sopro transversal (cross blast) e cmaras de sopro axial (axial blast), mostradas na Figura 2.4.

Figura 2.4 Tipos de cmaras de extino de disjuntores a leo

Tanto nas cmaras de sopro axial, quanto nas de sopro transversal, a presso dos gases gerados pelo arco provoca um fluxo de leo passante pelas paredes frias da cmara. Este fluxo retira os gases ionizados da regio entre os contatos, causando assim, o alongamento do arco at ser completamente extinto. A cmara de sopro axial foi desenvolvida como um upgrade da tcnica de sopro transversal para melhorar caractersticas como qualidade de extino e resfriamento dos contatos, sendo portanto, mais amplamente utilizadas [5].



15

Existem dois tipos de disjuntores a leo: disjuntores a grande volume de leo e disjuntores a pequeno volume de leo. 2.2.3.1 Disjuntores a Grande Volume de leo (GVO) So disjuntores que possuem uma alta capacidade de interrupo, compostos basicamente por um grande tanque metlico conectado ao potencial de terra. Dentro deste tanque esto instalados os contatos principais, o mecanismo de acionamento e a cmara de extino. Disjuntores GVO de alta tenso possuem unidades individuais por fase, conectadas mecanicamente pelo mecanismo de operao de abertura e fechamento. Cada fase constituda por um tanque contendo duas buchas externas com a funo de isolar a parte metlica do potencial, duas cmaras de extino conectadas na parte inferior das buchas, os contatos mveis que fazem a ligao eltrica entre as cmaras, o mecanismo de acionamento dos contatos mveis, e quando necessrio, transformadores de corrente conectados na parte inferior das buchas. A Figura 2.5 esboa um corte de um plo de disjuntor GVO.

Figura 2.5 Corte de um plo de disjuntor GVO GE FK 145/37000 (General Electric)



16

2.2.3.2 Disjuntores a Pequeno Volume de leo (PVO) A grande quantidade de leo utilizada nos disjuntores a GVO requer do tcnico uma manuteno peridica, realizando a filtragem devido carbonizao gerada durante as interrupes de corrente. Por causa disso, os fabricantes comearam a pesquisar uma forma de utilizar menos leo no equipamento. Essas pesquisas resultaram em avanos que trouxeram grandes modificaes, tais como: reduo da quantidade de leo utilizado, melhoramento das caractersticas dieltricas e melhoramento do desempenho desses novos disjuntores, chamados "disjuntores a Pequeno Volume de leo", Figura 2.6.

Figura 2.6 Disjuntor a pequeno volume de leo

Figura 2.7 Corte disjuntor PVO Alta tenso ASEA HLC (ABB)



17

As principais vantagens dos disjuntores PVO em relao ao GVO so mostradas na Tabela 2.2.Vantagens dos Disjuntores PVO em relao ao GVO Reduo da quantidade de leo isolante utilizado Necessita cerca de 20% do leo utilizado em um GVO O isolamento para a terra garantido por isoladores de porcelana So encontrados em todas as classes de tensoTabela 2.2 Principais vantagens do disjuntor PVO sobre o GVO

1 2 3 4

2.2.4 Disjuntores a Ar ComprimidoOs disjuntores a ar comprimido utilizam o ar natural comprimido em reservatrios como elemento de extino do arco eltrico gerado durante a abertura e fechamento dos contatos. Esta tcnica est classificada como uma das mais limpas por utilizar o prprio ar que respiramos, porm comprimido em alta presso, necessitando sempre de grandes cuidados com a qualidade dos reservatrios. O princpio de funcionamento se faz da seguinte forma: ao comandar o disjuntor, suas vlvulas de sopro e exausto, localizadas na cmara de comando, se abrem permitindo a circulao do ar pelos contatos. A vlvula de sopro permite a injeo do ar comprimido a passar pelos contatos resfriando e alongando o arco desenvolvido, enquanto que a vlvula de exausto conduz este ar, que agora est ionizado, para a atmosfera, garantindo a isolao necessria entre os contatos mveis e fixos. A intensidade e a velocidade do fluxo de ar determinam a eficincia do disjuntor [6]. H duas tcnicas usuais empregadas para extinguir o arco eltrico por meio de ar comprimido: sopro de nica direo (mono-blast) e sopro de duas direes (duo-blast), sendo que a segunda tcnica mais eficiente e mais utilizada no momento. Nos disjuntores com sopro de nica direo, o fluxo de ar passa pelo centro do contato mvel somente. Nos disjuntores de sopro de duas direes, o fluxo passa pelo centro dos contatos mveis e fixos.



18

A Figura 2.8 demonstra a tcnica de sopro de nica direo.

Figura 2.8 Cmara de disjuntor a ar comprimido tipo monoblast

Com o sistema mostrado na Figura 2.8 fica difcil alcanar os valores timos para extenso do arco, condies de fluxo de ar, dimetro das passagens, entre outros. Por isso, muitas vezes necessrio instalar resistores de abertura no equipamento para diminuir as taxas de crescimento da TRT (Tenso de Restabelecimento Transitria), para no exceder a suportabilidade dieltrica do equipamento. O melhoramento destes quesitos foi conseguido ao se desenvolver cmaras com sopro em duas direes (Figura 2.9), j que os gases ionizados so soprados agora em duas direes opostas para fora da regio dos contatos. O sopro em duas direes aumenta a suportabilidade dieltrica do disjuntor, de forma que muitas vezes possvel dispensar o uso dos resistores de abertura para a interrupo de faltas a longas distncias e outras faltas caracterizadas por altas taxas de crescimento de TRT [6].

Figura 2.9 Cmara de disjuntor a ar comprimido tipo duo-blast



19

Para manter os reservatrios destes disjuntores pressurizados, utiliza-se muitas vezes, uma central de ar comprimido, onde alguns compressores se encarregam da tarefa de manter tanto os reservatrios centrais, quanto os reservatrios individuais de cada disjuntor com a presso nominal de trabalho. No entanto, algumas vezes encontra-se disjuntores possuindo seu prprio compressor. A grande desvantagem deste modelo que se este compressor apresentar problemas e tiver que ser parado para manuteno, o disjuntor fica limitado a operar algumas vezes at que o limite mnimo de ar do seu reservatrio seja atingido. Este limite, prtica usual exigida por muitos clientes, a capacidade do disjuntor realizar o ciclo completo O-CO-CO [6]. Ao utilizar um reservatrio central, este deve ser capaz de suprir ar para todos os reservatrios individuais aps uma operao O-CO simultnea, em um tempo geralmente estipulado em 2 minutos [6].

2.2.5 Disjuntores a SF62.2.5.1 Histrico A primeira aplicao de SF6 em um meio isolante data de 1940, coberta pela patente USA 2221671 [7], porm seu uso como meio extintor de arco eltrico foi iniciado por volta de 1952. A partir destes primeiros estudos, vrias patentes surgiram sobre as propriedades especiais do gs em pases da Europa, como Sucia, Alemanha, Frana e Sua. No entanto sua aplicabilidade em disjuntores surge um pouco mais tarde [3]. A aplicabilidade do SF6 como meio extintor e isolante possibilitou aumentar os nveis de tenso e corrente em disjuntores, j que suas propriedades qumicas garantem uma isolao bem mais alta em relao ao ar, no necessitando, portanto, usar artifcios como instalar vrios interruptores em srie, nem aumentar exageradamente as cmaras contendo o gs [3]. Assim, um disjuntor a gs SF6 pode ser construdo em tamanho bem reduzido em relao ao disjuntor a ar comprimido, possuindo as mesmas capacidades dieltricas. 2.2.5.2 Propriedades do SF6 As caractersticas fsicas e qumicas do SF6 o tornam um excelente meio isolante e extintor, garantindo sua aplicabilidade at os dias de hoje.



20

O SF6 um gs no txico, no combustvel, inodoro e extremamente estvel e inerte at temperaturas em torno de 5000C devido sua estrutura molecular simtrica, comportando-se como um gs nobre. Este gs possui peso especfico de 6.14 g/l, em torno de cinco vezes mais pesado que o ar (1.2 g/l). Esta propriedade, ligada ao fato de ser inodoro e incolor, requer cuidados ao se trabalhar com grandes quantidades em instalaes fechadas, como por exemplo, subestaes blindadas. Caso ocorra vazamento num local assim, o gs se acomoda em frestas e lugares baixos, devido seu peso, causando o deslocamento de todo o ar oxignio, podendo causar acidentes fatais por asfixia. Outro aspecto importante a ser observado sua decomposio perante descargas eltricas. As descargas eltricas ocasionadas nos momentos das operaes tendem a decompor o gs SF6 em intensidades proporcionais s energias geradas. ????????????????????????

?????? + ????????????

(2.1)

Quando a temperatura comea abaixar, a reao se d opostamente causando a recomposio do gs. A recomposio no completa pelo fato de haver reaes secundrias entre o gs decomposto e metais vaporizados oriundos dos contatos e outras partes do disjuntor. Essas novas combinaes so geralmente fluoretos de cobre (CuF2), ou tungstnio (WF6), sendo estes compostos no condutores. Assim, a decomposio desses elementos nas paredes da cmara do disjuntor no causa problemas ao mesmo. Pode haver outras reaes liberando compostos secundrios de enxofre como SF4 e S2F2, tambm combinaes no condutoras. Se houver umidade no SF6, os produtos mencionados acima reagem com gua, liberando cido fluordrico, gs altamente corrosivo para materiais a base de silcio. ???????????????????????? + ???????????? ?????? ?????????????????? + ?????????????????? ?????????????????? + ???????????? ?????? ???????????????????????? + ?????????????????? (2.2) (2.3)

Nesses disjuntores a SF6, principalmente nos de presso nica, o gs encontra-se em um ambiente fechado e praticamente isolado de umidades por toda a vida til do disjuntor.



21

Existindo tambm filtros com elementos desumidificadores para qualquer problema que venha ocorrer, garantindo que a umidade no gs praticamente inexista. As caractersticas isolantes do SF6 variam em funo da presso pela qual o gs est submetido, sendo bastante superior em relao aos meios extintores como leo mineral e ar comprimido, como mostrado na Figura 2.10.

Figura 2.10 Comparao de rigidez dieltrica entre leo mineral, ar e gs SF6.

2.2.5.3 Disjuntores a SF6 de dupla presso Estes fazem parte da 1 gerao de disjuntores a gs SF6. Incorporam em seu interior dois circuitos com presses distintas. Um circuito com alta presso (20 bar), e outro com baixa presso (2,5 bar). Esta diferena de presso necessria para que haja fluxo de gs do circuito de alta presso para o de baixa, passando por entre os contatos do disjuntor. Atravs das vlvulas de descarga, o gs injetado em um reservatrio intermedirio de presso, extinguindo o arco eltrico (Figura 2.11). Quem injeta o gs so os prprios mecanismos de transmisso do disjuntor que se movimentam no momento da operao. Aps a abertura dos contatos, o gs descarregado para o circuito de baixa presso, e assim, bombeado de volta ao circuito de alta presso por meio de um compressor.



22

Neste tipo de disjuntores tambm so necessrios o uso de resistores de aquecimento em seus reservatrios de alta presso, com a finalidade de reduzir o risco de liquefao do gs quando submetidos a baixas temperaturas [5]. Por causa de sua construo complexa (dois circuitos de presso, o uso de compressor auxiliar e resistores de aquecimento), praticamente no so mais fabricados nos dias de hoje, dando lugar segunda gerao de disjuntores a SF6, os disjuntores de presso nica.

Figura 2.11 Corte da unidade de interrupo de um disjuntor SF6 de presso dupla (Siemens)

2.2.5.4 Disjuntores a SF6 de presso nica Esta a 2 gerao de disjuntores a SF6 e tiveram o incio do seu desenvolvimento em fins dos anos 60 com o intuito de simplificar o sistema de dupla presso. Nesses disjuntores o gs est pressurizado a uma presso nica dentro de um sistema fechado (6 a 8 bar) [8]. A diferena de presso, necessria para que ocorra o fluxo de gs conseguida criando-se uma sobrepresso transitria no momento da abertura dos contatos por meio de um pisto ligado haste do contato mvel, que ao movimentar-se, comprime o gs dentro de uma cmara [5]. O completo funcionamento da tcnica de extino descrito a seguir: Com o disjuntor na posio fechada, a corrente eltrica flui naturalmente pelas partes condutoras (Figura 2.12a). Ao comandar o disjuntor para abertura, o contato mvel e o cilindro comeam a se movimentarem, comprimindo o gs contra o mbolo fixo (Figura



23

2.12b). A presso neste compartimento vai aumentando com a reduo do volume at o momento da separao dos contatos fixos e mveis. Neste momento h o aparecimento do arco eltrico e tambm a liberao da sobrepresso transitria sobre os contatos, extinguindose assim o arco (Figura 2.12c). E por fim, tem-se o disjuntor agora aberto, sendo isolado eletricamente pelo gs SF6 presso de trabalho (6 a 8 bar), como mostrado na Figura 2.12d. Com esta tcnica mais simples torna-se desnecessrio o uso de todos aqueles dispositivos do sistema de dupla presso: sistema de compressor, vlvulas, registros, mecanismos de vlvulas de sopro, reservatrios, resistores de aquecimento, etc.

Figura 2.12 Disjuntor SF6 de presso nica - Operao de abertura e extino do arco (Siemens)

2.2.6 Disjuntores a Vcuo2.2.6.1 Histrico Disjuntores a vcuo tm encantado seus projetistas por muitos anos por causa de suas grandes vantagens no quesito extino de arco eltrico. Dentre estas vantagens, as principais so demonstradas a seguir [3][9]: So completamente fechados e no necessitam de fontes externas de gs ou leo; No emitem gases, nem chamas; No requerem manuteno, e em muitos casos, sua vida til ser o prprio perodo pelo qual o disjuntor atenda aos critrios do circuito onde instalado; Podem ser usados na horizontal ou vertical;



24

Dispensa o uso de capacitores e resistores de pr-insero para interromper faltas; Requerem uma baixa energia para o acionamento de seus comandos; So silenciosos em suas operaes.

A desvantagem desta tcnica est no alto custo no desenvolvimento do disjuntor, no entanto, com as tecnologias modernas este valor j comea a diminuir. O fato de ter uma manuteno praticamente inexistente faz com que o custo final possa ser comparado ao das outras tcnicas com o decorrer dos anos de trabalho dos equipamentos, j que muito dinheiro se gasta com horas trabalhadas e peas substitudas em disjuntores a leo, ar comprimido e gs SF6. A possibilidade de extinguir arcos eltricos no vcuo comeou a ser analisada j no sculo XIX, porm os primeiros estudos cientficos datam de 1923-26 por Sorensen e Mendenhall no Instituto de Tecnologia da Califrnia. Naquela poca eles conseguiram interromper uma corrente de 900A em 40 kV, mas este trabalho pioneiro no foi capaz de impulsionar o desenvolvimento de equipamentos a vcuo por causa da precariedade das tcnicas disponveis naquele momento. O critrio mais complicado de se atender nesta tcnica manter o vcuo em um ambiente totalmente fechado para no haver entrada de ar [3]. Aps este grande feito, vrios trabalhos e pesquisas foram realizados com o intuito de desenvolver equipamentos de extino a vcuo que tivessem uma boa confiabilidade. Nos anos 30 poucos equipamentos foram fabricados e conseguiam interromper baixas correntes a poucos quilovolts. At o final dos anos 40 havia muitas aplicaes utilizando a tcnica, mas ainda no aplicadas a disjuntores de potncia porque as correntes de falta tinham valores acima do suportado pelos interruptores, sendo aplicados geralmente em sistemas de transmissores de sinais de rdio, radares, etc. No incio dos anos 50 o conceito comeou a se concretizar quando Ross, colocando seis interruptores em srie conseguiu chavear uma carga em sistemas de 230 kV [10]. A companhia americana GE tambm estava trabalhando nesse processo, e em 1962 apresentou o desenvolvimento do primeiro disjuntor de potncia com extino a vcuo, com a capacidade de interrupo de 12,5 kA a 15,5 kV, trabalhando com corrente nominal de 600 A [3].



25

2.2.6.2 Aplicaes dos disjuntores a vcuo Disjuntores a vcuo para baixa e mdia tenso so facilmente encontrados e seu uso est aumentando continuamente, porm para alta tenso sua aplicabilidade est limitada a 145 kV, e apenas um fabricante tem oferecido este equipamento [6]. Apresentam uma tendncia para aplicaes em mdia tenso at 38 kV [8]. As caractersticas que garantem a fora desta tendncia so: Por causa do reduzido curso dos contatos, pouca energia requerida para a operao do disjuntor, podendo-se assim ser construdo em tamanho reduzido, tornando-os bem apropriados para uso em cubculos; Por no usarem meios extintores gasosos ou lquidos, podem fazer religamentos automticos mltiplos (0-0,3s-CO-15s-CO-15s-CO-15s-CO). A Figura 2.13 demonstra uma cmara de disjuntor a vcuo.

Figura 2.13 Corte de uma cmara de disjuntor a vcuo



26

2.2.7 Concluses sobre as tcnicas de extino de arco na alta tensoCada tcnica de extino de arco eltrico empregada em disjuntores tem suas vantagens e desvantagens, cabe ao responsvel pelo projeto de uma determinada obra fazer a correta escolha do equipamento que melhor se adapte ao circuito. Dentre os fatores a serem observados, esto: Escolher o equipamento correto de modo que oferea maior segurana ao pessoal e ao prprio equipamento; Escolher um equipamento que exija a menor manuteno possvel; O equipamento deve possuir uma margem de tolerncia em sua configurao de modo a suportar futuras ampliaes nas cargas a serem interrompidas pelo mesmo. Com relao s tcnicas de extino, as seguintes comparaes podem ser verificadas: Disjuntores a ar comprimido e leo mineral praticamente j no so mais fabricados por utilizarem tcnicas j ultrapassadas quando comparados aos disjuntores a SF6 e a vcuo, mas ainda esto em uso nas instalaes onde foram instalados no passado. Enquanto suas vidas teis estiverem vigentes e suas capacidades de interrupo dentro dos nveis de potncia presentes nos seus circuitos, provavelmente no devem ser substitudos, j que a troca desses equipamentos apresenta alto custo inicial; A tcnica que apresenta melhores resultados dentro da realidade dos circuitos de potncia de fato a extino a vcuo, porm os disjuntores so ainda muito caros, e os nveis de tenso de trabalho ainda esto limitados mdia tenso. Acredita-se que em um futuro prximo esta tcnica deva estar altamente difundida para nveis de alta tenso com custos competitivos, comparando aos custos da tcnica utilizando SF6; Os disjuntores a gs SF6 so os mais fabricados no momento, apresentando o melhor custo benefcio. Esta tcnica deve perdurar por longos anos por causa das boas propriedades fsicas do gs; Outras tcnicas como disjuntores a semicondutores esto sendo estudas em laboratrios e j possuem aplicaes em sistemas de potncia menores. Esta tcnica a que mais se aproxima de um disjuntor ideal, porm sua aplicao em sistemas



27

maiores ainda no possvel, sendo um bom campo de pesquisa na rea de extino de arcos eltricos nos sistemas de alta potncia.

2.3 Resistores de abertura e pr-insero em disjuntores de alta tensoOs resistores de abertura e pr-insero, instalados em cmaras auxiliares, so configurados em paralelo aos contatos principais dos disjuntores quando seu uso se faz necessrio pelas caractersticas do circuito. Sua utilizao determinada para casos especiais onde se necessite reduzir sobretenses oriundas do fechamento de linhas em vazio e chaveamento de bancos de capacitores (resistores de pr-insero), ou aumentar a capacidade de interrupo do arco atravs do controle das taxas de TRT e chaveamento do bancos de reatores (resistores de abertura) [11][12]. Aqui so descritas algumas aplicaes de resistores de abertura e pr-insero em disjuntores de alta tenso: 1. Resistores de abertura para reduo de TRT em faltas quilomtricas: Quando as taxas de TRT excedem o valor de suportabilidade do disjuntor, o fabricante pode escolher entre aumentar a quantidade de cmaras interruptoras, ou inserir resistores de abertura em paralelo s cmaras principais. O uso de resistores de abertura garante o aumento do amortecimento do circuito, com o efeito principal de reduzir a amplitude do primeiro pico e a subseqente taxa de crescimento da TRT. A Figura 2.14 demonstra um circuito equivalente com resistor de abertura associado ao disjuntor:

Figura 2.14 Circuito equivalente com resistor de abertura para amortecimento



28

Trs equaes podem ser tiradas do circuito acima demonstrando a TRT que aparece atravs do disjuntor. A escolha da equao depende dos seguintes critrios: o valor de R (resistncia de abertura) ser maior, igual ou menor que o valor da resistncia de amortecimento crtico (Rd), dada pela equao 2.4 [3]: ???????????? = ???????????? ?????? ??????

(2.4)

As equaes descrevendo as trs condies so dadas por Lackey (1951a). 1) Para R > Rd (underdamping) ?????? = ?????? ?????????????????? ???????????? ?????? ?????? ?????????????????? Onde: ?????? =?????? ???????????? ?????? ??????????????????

?????????????????? ???????????? +

?????? ??????????????????

?????????????????? ????????????

(2.5)

?????? ?????????????????? ????????????

2) Para R = Rd ?????? = ?????? ?????????????????? ???????????? ?????? ?????? ???????????????????????? ??????????????????

?????? + ??????????????????

??????

(2.6)

3) Para R < Rd (overdamping) ?????? = ?????? ?????????????????? ???????????? ?????? ?????? ?????? ??????

?????? +

?????? ??????

??????????????????

???????????? ??????????????????

??????

?????? ??????

??????

?????? ??????

??????????????????

??????+?????? ?????? ??????????????????

(2.7)



29

A Figura 2.15 demonstra a comparao entre o valor de R (resistor de abertura adicionado ao disjuntor) com Rd (resistncia que produziria o amortecimento crtico):

Figura 2.15 Efeito do resistor de abertura no amortecimento da TRT Falta terminal

A relao entre a taxa de crescimento da TRT no circuito com amortecimento e a taxa no circuito sem amortecimento demonstrada na Figura 2.16.

Figura 2.16 Efeito do resistor de abertura na reduo da TRT - Falta terminal



30

Os cabos das linhas conectadas ao barramento em falta j so por si um fator importante no amortecimento, j que so considerados como resistncias no intervalo de tempo entre a abertura e a falta [6]. 2. Resistores de fechamento para chavear bancos de capacitores: Utilizados para limitar as correntes de alta freqncia decorrentes do fechamento de bancos de capacitores em manobra isolada, com valores tpicos de 100-200 [6]. 3. Resistores de abertura para reduo de TRT na abertura de correntes capacitivas: Para este tipo de aplicao, muitas vezes as concessionrias exigem do fabricante que seu disjuntor seja capaz de abrir circuitos de bancos de capacitores, ou linhas a vazio sem que haja reacendimento durante a ocorrncia de uma sobretenso da ordem de 1,5 pu [6]. Se o disjuntor no possuir capacidades equivalentes o fabricante pode optar por aumentar a quantidade de cmaras interruptoras, ou adicionar resistores de abertura ao equipamento, cujo valor tpico da ordem de 100 . Durante a insero dos resistores de abertura, o banco de capacitores ou linha a vazio descarrega parte da energia acumulada, garantindo a reduo da TRT, como mostra a Figura 2.17.

Figura 2.17 Interrupo de corrente capacitiva com uso de resistor de abertura



31

2.4 Sincronizadores (controladores)A utilizao de sincronizadores, hoje chamados de controladores, tem como objetivo controlar o disparo dos disjuntores, visando buscar a otimizao da operao dos mesmos pelo clculo do instante ideal de chaveamento (abertura e/ou fechamento) dos contatos. Devese considerar cada tipo de carga a ser chaveada, de modo a parametrizar corretamente o momento de operao do controlador. Os comandos so unipolares j que a idia operar cada fase do disjuntor no ponto ideal, dependendo da carga a ser chaveada. A parametrizao do controlador no algo simplrio. Vrios fatores influenciam nestes ajustes. Os parmetros do disjuntor, como tempo de abertura e fechamento dos contatos, e tambm parmetros do sistema, como temperatura, umidade, presso de comando, devem ser considerados para se obter a melhor configurao[13]. Basicamente dois tipos de parmetros so considerados: Fixos; Dinmicos.

2.4.1 Parmetros fixosOs parmetros fixos, como o prprio nome indica, so parmetros que no so freqentemente modificados. Um exemplo disso so as configuraes dos instantes ideais de operao dos controladores em cada fase, onde, o tempo de abertura e fechamento dos contatos do disjuntor devero ser conhecidos e altamente confiveis, no podendo variar mais que 1 milissegundo. A configurao destes parmetros depende do tipo de carga chaveada, ou seja, em que momento o controlador deve emitir o sinal de comando ao disjuntor para que o mesmo feche ou abra. Dois exemplos de utilizao de controladores para chaveamentos especiais so demonstrados a seguir:



32

a) Abertura controlada para bancos de reatores A possibilidade de ocorrncia de surtos de tenso em aberturas de bancos de reatores tem sido estudada exaustivamente nos ltimos anos por vrios grupos de estudos da rea. A ocorrncia de sobretenses pode ser causada tanto como resultado de excessivas correntes de chopping pelo disjuntor, quanto pelas reignies ocorridas durante a operao de abertura. Acredita-se que as sobretenses ocasionadas por corrente de chopping so significativamente menores em disjuntores a SF6 (provavelmente menor que 1,4 pu), no sendo to prejudiciais. As sobretenses por chopping podem conduzir a altas sobretenses devido s reignies, e estas reignies podem ocorrer em nveis altos de tenso como resultado de altas TRT's atravs do disjuntor. Assim, o chaveamento controlado resulta em um controlado tempo de arco de modo a no somente eliminar as reignies, mas tambm reduzir o tempo de arco para o mnimo necessrio para a interrupo, reduzindo-se assim, os nveis de chopping. A ocorrncia de reignio durante as manobras de circuitos no acontece para uma nica classe particular de dispositivos comutadores. Na verdade a reignio acontece sempre, variando somente o grau de amplitude, sendo alguns nveis esperados. A severidade da sobretenso, claro, depende da tenso na qual a reignio ocorreu e as caractersticas do circuito conectado em ambos os lados do disjuntor. Vrios estudos sugerem que a mxima tenso causada pela reignio no ultrapasse 2,0 pu, ou talvez 2,5 pu em dispositivos com tendncia para ocorrncia de correntes de chopping [14]. A Figura 2.18 demonstra a janela de tempo autorizada para abertura de bancos de reatores utilizando controlador de abertura. O espao denominado "Mnimo tempo de arco" um trecho no permitido para abertura, de modo que no haja reignies.



33

Figura 2.18 Janela autorizada para abertura de bancos de reatores utilizando controlador de abertura

A Figura 2.19 demonstra um exemplo monofsico de abertura de banco de reatores utilizando controlador de abertura.

Figura 2.19 Exemplo monofsico de abertura de banco de reatores utilizando controlador de abertura

b) Fechamento controlado para bancos de capacitores O fechamento de banco de capacitores, de um modo geral, produz transitrios de corrente e tenso devido ao fato de que um banco descarregado ao ser colocado no circuito atua, nos primeiros instantes, como um curto-circuito. Estes transitrios vo se extinguindo com o carregamento do banco, passando a acompanhar a tenso do barramento.



34

Teoricamente, o instante de fechamento ideal seria no zero da tenso pelo fato do banco de capacitores, descarregado, se comportar como um curto-circuito, mas para cada circuito deve-se realizar um estudo para descobrir o momento de fechamento que menos transitrios sejam gerados no sistema. A Figura 2.20 mostra o instante ideal do fechamento do disjuntor em bancos de capacitores. Isso vale para a maioria dos casos. Para disjuntores com contatos auxiliares de fechamento, estes devem ser fechados no zero da onda, e o fechamento do contato principal deve, em alguns casos, ser ajustado para pontos da onda que causam menos impactos no circuito chaveado.

Figura 2.20 Instante ideal para fechamento de disjuntor em bancos de capacitores

Na Figura 2.21 mostrado um exemplo monofsico de fechamento de banco de capacitores utilizando controlador de fechamento.



35

Figura 2.21 Exemplo monofsico de fechamento de banco de capacitores utilizando controlador de fechamento

2.4.2 Parmetros dinmicosOs parmetros dinmicos so aqueles levados em conta a cada comando: Presso do comando hidrulico do disjuntor; Tenso de comando nas bobinas; Tempos mdios de comandos ou ltimos tempos de operao; Temperatura.

Esses parmetros afetam a velocidade da operao do disjuntor, portanto devem ser configurados criteriosamente. A Figura 2.22 uma tela do software de um determinado controlador. Nesta tela possvel analisar os parmetros dinmicos comentados acima. Alguns parmetros so obtidos por sensores instalados no disjuntor, outros so configurados manualmente.



36

Figura 2.22 Configurao dos parmetros do controlador

1) Ajustes da presso de comando hidrulico Este parmetro considerado em cada manobra do disjuntor, j que se a presso estiver alta, o disjuntor opera mais rpido e vice-versa. Para que o controlador corrija o tempo de operao perante este parmetro, a tabela de compensao deve ser configurada corretamente, conforme mostrado na tela acima. 2) Correo da temperatura Em locais onde h grande variao de temperatura, pode ser necessrio compensar os tempos de comando do controlador. Para isso, sensores instalados no disjuntor coletam esta informao e os valores medidos so avaliados pelo software do equipamento. 3) Tenso nas bobinas do disjuntor Nos comandos executados pelo controlador tambm so consideradas as tenses nas bobinas do disjuntor. Os nveis de tenso afetam a velocidade de operao do disjuntor. Nveis de tenso mais altos aceleram o comando, enquanto que nveis baixos o tornam mais lento. Assim, a tabela de configurao do software do controlador contm a



37

informao desses nveis para efetuar a correo devida para que o disparo seja efetuado no momento correto. Outro fator que tambm interfere na velocidade do disjuntor seu envelhecimento. Para isso, o controlador possui o critrio de avaliar a mdia dos tempos de operao, ou se basear no ltimo comando realizado. Quando feita a troca ou instalao de um novo equipamento controlador de disparo, pode ser necessria a realizao de ensaios de oscilografia para verificar os tempos mdios do disjuntor em questo. A Figura 2.23 mostra a operao de um disjuntor via comando controlado:

Figura 2.23 Demonstrao da operao do disjuntor via comando controlado



38

"Nenhuma grande descoberta foi feita jamais sem um palpite ousado" Isaac Newton



39

3. Ensaios em disjuntores3.1 IntroduoEnsaios realizados em disjuntores so determinados como "Ensaios de Tipo", "Ensaios de Rotina" e "Ensaios de Prottipo", sendo melhor classificados como a seguir: Ensaios de Tipo - Escolhe-se uma unidade especfica sobre cada lote de disjuntores idnticos para a realizao de ensaios de qualidade. Isto na verdade realizar ensaios por amostragem de lote; Ensaios de Prottipo - Este tipo de ensaio realizado pelo fabricante em unidades de prottipo, ou seja, so unidades que no so comercializadas. A finalidade deste ensaio demonstrar a eficincia e qualidade dos equipamentos a serem vendidos, baseando-se nos resultados obtidos nas unidades utilizadas para este fim; Ensaios de Rotina - So ensaios realizados periodicamente em todas as unidades adquiridas. Normas como IEC 56-4 e ANSI C37.09-1969 determinam alguns ensaios de rotina, sendo que a periodicidade muitas vezes determinada pelo prprio cliente.

3.2 Ensaios de TipoOs seguintes ensaios de tipo so especificados pela norma IEC-56-4 e seus suplementos [6]. Ensaios mecnicos; Ensaios dieltricos: o Ensaios de aplicao de impulsos atmosfricos; o Ensaios de aplicao de impulsos de manobra; o Ensaios de poluio artificial; o Ensaios de descarga parcial. Ensaios de interrupo e estabelecimento de correntes de curto; Ensaio de corrente crtica; Ensaio de interrupo de curto monofsico; Ensaio de interrupo de falta quilomtrica; Ensaio de abertura em discordncia de fases;



40

Ensaio de suportabilidade corrente de curta durao admissvel; Ensaio de abertura em linhas a vazio; Ensaio de manobra (abertura e fechamento de bancos de capacitores).

3.3 Ensaios de ProttipoOs ensaios de prottipo so realizados em unidades prototpicas, unidades essas que no so vendidas aos clientes, mas demonstram a eficcia e garantia dos equipamentos desenvolvidos pelo fabricante. A priori, os relatrios dos ensaios nessas unidades podem ser aceitos pelo cliente, desde que os resultados obtidos em testes atendam s especificaes. Os ensaios contemplados aqui so: Ensaio de interrupo de faltas envolventes; Ensaio de interrupo de faltas com operao de disjuntores em paralelo; Ensaio de abertura de transformador a vazio; Ensaio de abertura de corrente de falta.

3.4 Ensaios de RotinaOs seguintes ensaios de rotina so especificados pela norma ANSI C37.09-1969 e seu suplemento C37.09a-1970: Ensaios de suportabilidade dos componentes isolantes principais tenso de freqncia industrial; Ensaios de isolao e capacitncia; Ensaios de presso; Ensaios nos reservatrios de ar comprimido; Ensaios de estanqueidade; Ensaios nos resistores, aquecedores e bobinas; Ensaios nos circuitos auxiliares e de controle; Ensaios de operao mecnica; Ensaios dos sistemas de armazenagem de energia; Ensaios de resistncia de contatos; Ensaios de emisso de corona;



41

Ensaios dos tempos de operao no fechamento e abertura (sendo este o foco principal deste trabalho).

3.5 Metodologia de alguns ensaios em disjuntoresAlguns ensaios de rotina aplicados a disjuntores de alta tenso so demonstrados nos tpicos seguintes.

3.5.1 Ensaio de isolao (medio do fator de potncia)O objetivo deste ensaio verificar a qualidade da isolao dieltrica do disjuntor, analisando suas perdas em joule ocasionadas por correntes de fuga nas porcelanas e varetas de acionamento (quando presentes). Agentes como umidade, impurezas, sujeiras, efeito corona, entre outros, contribuem para o aumento da corrente de fuga, causando assim, a reduo da rigidez dieltrica do equipamento. As caractersticas que podem ser levantadas

Disjuntores Pvo , Gvo e Outros

Documents

Transcript of Disjuntores Pvo , Gvo e Outros