�

INSPETOR DE ELETRICIDADE

Dispositivo de Seccionamento e Comutação

�

�

DISPOSITIvO DE SECCIONAmENTOE COmUTAÇÃO

� �

© PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A.Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610, de 19.2.1998.

É proibida a reprodução total ou parcial, por quaisquer meios, bem como a produção de apostilas, sem autorização prévia, por escrito, da Petróleo Brasileiro S.A. – PETROBRAS.

Direitos exclusivos da PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A.

NOGUEIRA, José ArlindoInspetor de Eletricidade: Dispositivos de Seccionamento e Comutação / Prominp – SENAI. Vitória-ES,

2006.

62 p.:il.

PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A.

Av. Almirante Barroso, 81 – 17º andar – CentroCEP: 20030-003 – Rio de Janeiro – RJ – Brasil

� �

ÍNDICE

Unidade i .............................................................................................................................................13

1.1 Teoria da formatação do arco voltaico ........................................................................................13

1.1.1 Extinção do arco .................................................................................................................14

1.2 Principais tipos de dispositivos de comando e proteção ............................................................15

1.2.1 Disjuntores a vácuo: ...........................................................................................................15

1.2.1.1 Extinção do arco .........................................................................................................16

1.2.1.2 Mecanismo de operação ............................................................................................18

1.2.1.3 Tempos de operação .................................................................................................19

1.2.1.4 Tipos de acionamento ................................................................................................20

1.2.1.4.1 Carga da mola ....................................................................................................20

1.2.1.5 Características operacionais ......................................................................................20

1.2.1.6 Intertravamento mecânico ..........................................................................................21

1.2.1.6.1 Bloqueio KIRK ....................................................................................................21

1.2.2 Disjuntor PVO .....................................................................................................................21

1.2.1.1 Extinção do Arco .........................................................................................................23

1.2.2.2 Manutenção no Disjuntor: ...........................................................................................24

1.2.2.3 Ensaios Sintéticos com Métodos de Injeção ..............................................................25

1.2.3 Disjuntor SF6 ......................................................................................................................26

1.2.3.1 Funcionamento - Comando por Molas ......................................................................27

1.2.3.1.1 Armando a Mola de Fechamento .......................................................................27

1.2.3.1.2 Operação de Fechamento ..................................................................................27

1.2.3.1.3 Rearme das Molas de Fechamento ...................................................................28

1.2.3.1.4 Operação de Abertura ........................................................................................28

1.2.4 Disjuntor à sopro magnético ...............................................................................................30

1.2.4.1 Câmara de extinção à sopro magnético .....................................................................30

1.2.5 Disjuntor à sopro pneumático .............................................................................................32

1.2.6 Disjuntor à Ar Comprimido ..................................................................................................33

1.2.6.1 Propriedades ..............................................................................................................34

1.2.6.2 Vantagens e Desvantagens ........................................................................................34

1.2.7 Chaves seccionadoras .......................................................................................................35

� �

1.2.7.1 Tipos de Chaves .........................................................................................................37

1.2.7.1.1 Chave Seccionadora Primária ............................................................................37

1.2.7.1.2 Chave seccionadora tripolar de baixa tensão ..................................................38

1.2.7.2 Aspectos Construtivos ................................................................................................40

1.2.7.3 Acessórios ..................................................................................................................41

1.2.7.4 Mecanismo de operação ............................................................................................41

1.2.7.5 Especificações de Características Técnicas ..............................................................41

1.2.7.5.1 Tensão Nominal (Un) ..........................................................................................41

1.2.7.5.2 Níveis de Isolamento ........................................................................................42

1.2.7.5.3 Freqüência Nominal ..........................................................................................43

1.2.7.5.4 Corrente Nominal ..............................................................................................43

1.2.7.5.5 Correntes Nominais de Curto-circuito ................................................................45

1.2.7.6 Esforços Mecânicos Nominais sobre os Terminais ...................................................46

1.2.7.7 Tensão nominal de alimentação dos dispositivos de operação e/ou circuitos auxi-

liares .......................................................................................................................................46

1.2.7.8 Capacidade de interrupção e de estabelecimento de corrente dos seccionadores e chaves

de terra....................................................................................................................................................47

1.2.8 Contator .............................................................................................................................49

1.2.8.1 Descrição de funcionamento de um tubo à vácuo: ....................................................50

1.2.8.2 Operação de um contator: ..........................................................................................51

1.2.8.3 Identificação de Contator: ...........................................................................................52

1.2.9 Cuidados Essenciais na Instalação, Manutenção e Operação ..........................................55

1.2.9.1 Introdução ...................................................................................................................55

1.2.9.2 Aspectos técnicos .......................................................................................................56

1.2.9.3 Cubículos com isolação a ar ......................................................................................56

1.2.9.4 Cubículos isolados a gás SF6 ...................................................................................57

1.2.9.5 Ensaios ......................................................................................................................58

1.2.9.5.1 Fenômenos físicos principais ............................................................................58

1.2.9.5.2 Procedimentos de ensaio ..................................................................................59

1.2.9.5.3 Avaliação do ensaio ..........................................................................................59

1.2.9.6 Manutenção ...............................................................................................................59

1.2.9.7 Conclusões ...........................................................................................................60

Bibliografia ..............................................................................................................................................61

� �

LISTA DE FIgURAS

Figura 1.1 – Contatos conectados .........................................................................................................13

Figura 1.2 – Contatos em processo de abertura ...................................................................................13

Figura 1.3 – Arco voltáico estabelecido entre contatos .........................................................................14

Figura 1.4 – Deslocamento do arco com o ar quente............................................................................14

Fugura 1.5 – Vista posterior de um dijuntor tripolar ...............................................................................16

Fugura 1.6 – Corte de um tubo à vácuo ................................................................................................17

Fugura 1.7 – Arco formado entre contatos ............................................................................................17

Figura 1.8 – Disjuntor PVO ....................................................................................................................21

Figura 1.9 – Vista em corte de um pólo de disjuntor para média tensão ..............................................22

Figura 1.10 – Seqüência de extinção na câmara de um disjuntor ........................................................23

Figura 1.11 – Disjuntor SFG ...................................................................................................................26

Figura 1.12 – Seqüência de abertura e extinsão do arco ......................................................................29

Figura 1.13 – Vista posterior de disjuntores com SFG ..........................................................................29

Figura 1.14 – Corte de uma câmara extintora de arco com sopro magnético ......................................31

Figura 1.15 – Vistas externas de três disjuntores que usam câmaras a sopro magnético ...................32

Figura 1.16 – Seqüência de extinsão do arco com sopro pneumático .................................................32

Figura 1.17 – Vistas externas de seccionadoras ...................................................................................36

Figura 1.18 – Chave seccionadora tripolar de alta tensão ....................................................................37

Figura 1.19 – Componentes principais de seccionadores e chaves de terra (Pantográfica e Abertura

Vertical com Lâmina de Terra) ...............................................................................................................40

Figura 1.20 – Correntes de curto-circuito ..............................................................................................45

Figura 1.21 – Seccionadores com dispositivos especiais para a abertura de correntes indutivas, capaci-

tivas ou induzidas ...................................................................................................................................48

Figura 1.22 – Vista externa de contadores ............................................................................................50

Figura 1.23 – Figura dos componente interior do tubo(garafa) à vácuo ...............................................51

Figura 1.24 – Placa de identificação ......................................................................................................52

� �

LISTA DE TAbELAS

Tabela 1.1 – Dados de dijuntores ..........................................................................................................16

Tabela 1.2 – Tempos médios para disjuntores à vácuo .........................................................................19

Tabela 1.3 – Classe de isolamento ........................................................................................................42

Tabela 1.4 – Tensões de alimentação dos dispositivos de abertura e fechamento ..............................47

Tabela 1.5 – Capacidade de interrupções .............................................................................................49

� �

APRESENTAÇÃO

O mercado de trabalho vem sofrendo significativas mudanças nas últimas décadas.

As empresas, motivadas pelo avanço tecnológico de equipamentos e sistemas mais complexos

e eficazes de produção, exigem profissionais cada vez mais qualificados.

Neste sentido, o Programa de Mobilização da Indústria Nacional do Petróleo – PROMINP – con-

cebido pelo Ministério das Minas e Energia para fortalecer a participação da indústria nacional de bens

e serviços, é iniciativa e compromisso para garantia da geração de emprego e renda, através do fomen-

to à qualificação de profissionais.

Face à demanda prevista na implantação de projetos no setor de petróleo e gás, a Associa-

ção Brasileira de Engenharia Industrial – ABEMI, a Petróleo Brasileiro S.A. – Petrobras, e o Serviço

Nacional de Aprendizagem Industrial – SENAI – firmaram convênio para a promoção de ações de

estruturação, implantação e execução do Plano Nacional de Qualificação Profissional do PROMINP,

com vistas ao equacionamento da carência de mão-de-obra qualificada para atividades de Engenha-

ria, Construção e Montagem.

�0 ��

�0 ��

INTRODUÇÃO

Em atendimento à necessidade de preparação dos profissionais para o processo de Qualificação

e Certificação de Inspetores de Eletricidade, o SENAI elaborou um conjunto de materiais didáticos, de-

senvolvido com base em critérios estabelecidos pelo PNQC/ABRAMAM e planejado de modo a facilitar

a compreensão do conteúdo. São 15 apostilas que abordam aspectos teóricos e práticos da ocupação,

contendo também uma série de exercícios para fixação dos aspectos abordados.

Esta apostila tem como objetivo a apresentação de um estudo sobre Dispositivos de Secciona-

mento e Comutação, trazendo assuntos tais como teoria de formação do arco voltaico, os principais

tipos de dispositivos de comando e proteção, cuidados essenciais na instalação, manutenção e opera-

ção de arcos elétricos.

É importante o domínio desses conteúdos pois, como sabemos, o circuito elétrico,seja ele de

baixa, média ou alta tensão, é um conjunto de elementos que atuam, interligados entre si, com a finali-

dade de transferir energia de um ponto para o outro, de forma que essa seja transformada, através de

aparelhos e dispositivos em várias outras formas de energia, para o aproveitamento humano.

O processo de ligação e desligamento do circuito se faz através de dispositivos de comando (con-

tatores) e ou proteção (disjuntores, seccionadores, etc) que dão o completo controle sobre o mesmo.

�� �3

�� �3

UNIDADE I

�.� Teoria da formatação do arco voltaico

No processo de desligamento de um circuito em funcionamento , aparecem fenômenos elétricos

que podem causar danos irreparáveis ao dispositivo atuador. Um dos principais fenômenos é a forma-

ção de arco voltaico entre os contatos.

Primeiramente, os contatos de um dispositivo estão conectados, porém, como os materiais dos

contatos, micrométricamente, são irregulares, a corrente elétrica passa através das micro ligações en-

tre os contatos, conforme figura abaixo.

Figura 1.1 – Contatos conectados

No processo da abertura dos contatos, alguns desses contatos micrométricos se abrirão primeiro

que os outros , tendo em vista às suas diferenças de comprimento e altura, ficando a corrente passando

nos demais micro-contatos restantes. Durante esse processo a resistência ôhmica entre os contatos

aumenta, e por conseqüência, há um aumento da temperatura entre eles, devido ao efeito Joule.

Figura 1.2 – Contatos em processo de abertura

Com o aumento de temperatura , o efeito termoiônico aparece. E forma-se, no entorno do contato

uma maior facilidade dos elétrons dos átomos do material, que compõe os contatos,a se transferirem

para as moléculas de gases e materiais particulados presentes no ambiente , tornando-as ionizadas.

Contato Contato1 2

B

Aa

b

�� ��

Com essa ionização, as moléculas começam a ser um bom meio condutor e passam a conduzir a

corrente elétrica.

Figura 1.3 – Arco voltáico estabelecido entre contatos

Mesmo com o afastamento dos contatos no prosseguimento da abertura, o meio condutor ioni-

zado pelas moléculas continua conduzindo, formando o arco voltaico.

Essa corrente, passando nesse meio, aumenta ainda mais a temperatura do ambiente em torno

do arco voltaico, o qual já está estabilizado.

Figura 1.4 – Deslocamento do arco com o ar quente

Devido à sua menor densidade, o ar quente tende a subir e evar consigo as moléculas de ar e as

gotículas d’água ionizadas no arco , curvando-o para cima.

A continuidade do arco voltaico entre os contatos mantém a temperatura nesse entorno extrema-

mente alta , o que pode provocar a fusão dos materiais componentes dos contatos.

�.�.� Extinção do arco

A extinção do arco se faz por meio da desionização do gás condutor por onde a corrente atra-

vessa e o resfriamento dos elementos dos contatos.

O gás desionizado é isolante e o arco é extinto na passagem da corrente pelo zero, no caso de

corrente alternada.

A forma mais eficaz de desionizar a zona do arco é injetando, através de um sopro, quantidades

de gás desionizado ou outro material que tenha característica isolante, como certos óleos. Além do gás

ter características isolantes, o sopro reduz a temperatura do gás ionizado, resfriando-o e contribuindo

para a desionização do mesmo.

c

d

�� ��

Outras características do disjuntor que podem contribuir para a extinção do arco são:

• Sua capacidade de transferir o calor do arco para zonas externas, diminuindo a temperatura da

zona do arco.

• A pressão do local onde ocorre o arco, pois quanto maior a pressão, maior a rigidez dielétrica

do gás, ou seja, mais difícil torna-se sua ionização.

Exercício:

1) Em dispositivos de comando e proteção, onde seus contatos de potência estão expostos ao

ar ambiente, a formação do arco se faz devido a:

( ) Baixa resistência dos gases do meio ambiente

( ) Alta resistência dos gases do meio ambiente

( ) Ionização dos gases e materiais particulados presente no meio ambiente.*

( ) Forma dos contatos dos dispositivos.

( ) Uso da corrente alternada.

�.� Principais tipos de dispositivos de comando e proteção

�.�.� Disjuntores a vácuo:

Os disjuntores tripolares a vácuo são apropriados para uso em instalações de manobra em

média tensão, em ambientes abrigados . Os disjuntores funcionam com base no princípio de extinção

de arco elétrico no vácuo. De acordo com o projeto, a geometria de contato especial e o material de

contato desenvolvido especialmente para este tipo de disjuntor permite o emprego universal do mesmo.

Os disjuntores são particularmente apropriados para uso em sistemas com linhas aéreas sujeitas a fre-

qüentes descargas atmosféricas, para manobra de grandes motores e capacitores. Quando pequenas

correntes indutivas são interrompidas, surgem apenas sobretensões reduzidas.

�� ��

Tabela 1.1 – Dados de dijuntores

Tensões nominais: 15, 24 e 36 kVCorrentes nominais: 1250, 1600, 2000, 2500, 3150 A

Freqüência: 50 e 60 HzNormas técnicas: ABNT, IEC, ANSI e VDE

Correntes de interrupção simétricas nominais:

até 15 kV: 15, 25, 31, 5 e 40 kAaté 17,5 kV: 25 kA

até 24 kV: 16 e 25 kAaté 36 kV: 16 e 31,5 kA

Acionamento: manual ou motorizadoInstalação: fixa, com suporte com rodas e extraível

O disjuntor a vácuo é composto por três câmaras de interrupção a vácuo, suportes das câmaras

de interrupção e pelo mecanismo de operação.

Fugura 1.5 – Vista posterior de um dijuntor tripolar

�.�.�.� Extinção do arco

Quando os contatos se separam, uma descarga em forma de vapor metálico é estabelecida pela

corrente a ser interrompida, a qual flui através deste plasma até a próxima passagem por zero.

O arco é então extinto e o vapor metálico condutivo condensa sobre superfícies metálicas em

poucos microssegundos, restabelecendo rapidamente a rigidez dielétrica entre os contatos.

�� ��

Fugura 1.6 – Corte de um tubo à vácuo

Os contatos são desenvolvidos de forma que o campo magnético gerado pelo arco elétrico pro-

voque deslocamento do mesmo, evitando sobreaquecimento excessivo em determinado ponto do con-

tato ao serem interrompidas as correntes elevadas.

Fugura 1.7 – Arco formado entre contatos

Isolador

Contato �xo

Contato móvel

Câmara de interrupção

Fole metálico

Guia

�� ��

Para que a descarga se mantenha em forma de vapor metálico é necessária uma determinada

corrente mínima. Correntes abaixo desse valor são cortadas antes da passagem pelo zero. A corren-

te de corte deve ser limitada aos valores mínimos possíveis, para evitar sobretensões inadmissíveis

ao se desligar circuitos indutivos. Material especial é utilizado nos contatos para limitar a corrente

de corte em 2 a 4 A.

O restabelecimento imediato da rigidez dielétrica entre contatos dá condição a extinção segura

do arco, mesmo quando a separação de contatos ocorre imediatamente antes da passagem da cor-

rente pelo zero.

O arco que se forma nos disjuntores a vácuo não é resfriado. O plasma de vapor metálico é al-

tamente condutivo. Disto resulta uma tensão de arco excepcionalmente baixa com valores entre 20 e

200 V. Por este motivo, e devido à pequena duração do arco, a energia dispersada no local de extinção

é muito reduzida. Isso explica a elevada expectativa de vida elétrica dos contatos. Em conseqüência

do alto vácuo (até 10-9 bar) nas câmaras de interrupção, distâncias de 6 a 20 mm entre contatos são

suficientes para se obter elevada rigidez dielétrica, conforme necessário.

�.�.�.� mecanismo de operação

Tendo em vista que a energia para a operação dos disjuntores a vácuo é significativamente me-

nor que a requerida pelos demais tipos de disjuntores de média tensão, as válvulas de interrupção a

vácuo são capazes de realizar de 10.000 a 30.000 manobras sem necessidade de manutenção.

A construção básica e o princípio de funcionamento do mecanismo de operação é o mesmo para

todos os tipos de disjuntores a vácuo, a saber:

• é do tipo por molas pré-carregadas, isto é, a operação de carga da mola não é automaticamente

seguida da alteração da posição dos contatos principais, permitindo livre escolha do instante da

operação de fechamento;

• disponível em duas execuções (manual ou motorizado);

• molas de fechamento e abertura armazenam a energia necessária para executar mecanica-

mente a seqüência de operação , para executarem o religamento automático entre 0 e 0,3s.

Normalmente, os modelos de acionamento manual já são projetados para poderem ser conver-

tidos facilmente em acionamento motorizado.

Os componentes mecânicos necessários para executar um comando de manobra (redutor, ei-

xos, molas de fechamento e abertura, indicador “LIGADO/DESLIGADO” e indicador de mola “CAR-

REGADA”) fazem parte do modelo básico, juntamente com os seguintes componentes de comando e

�� ��

controle: uma chave de contatos auxiliares, uma bobina de estabelecimento, um disparador secundário

e uma tomada múltipla ou bloco de conetores unipolares.

Dependendo da aplicação desejada, o mecanismo de acionamento pode ser completado por

acionamento motorizado, dois disparadores secundários, trava elétrica de ligação, chave de supres-

são, contador de manobra, chave fim-decurso para identificação de condição de carga da mola, coman-

do LIGA elétrico e uma chave de contatos auxiliares prolongada.

�.�.�.3 Tempos de operação

Uns dos itens mais importantes em um dispositivo de manobra , tal como disjuntor, são os seus

tempos de operação. Um importante item que dependerá dos valores desses tempos é a vida útil dos

componentes desse disjuntor .A seguir, definimos alguns desses tempos verificados para o disjuntor.

• Tempo de fechamento - Intervalo de tempo desde o início do comando até ocorrer contatoIntervalo de tempo desde o início do comando até ocorrer contato

galvânico em todos os pólos.

• Tempo de abertura - Intervalo de tempo desde o início do comando até a separação galvânica

dos contatos em todos os pólos.

• Tempo de arco - Intervalo de tempo desde o instante da separação dos contatos no primeiro

pólo até o fim da circulação de corrente em todos os pólos.

• Tempo de interrupção - Intervalo de tempo desde o início do tempo de abertura até o fim do

tempo de arco.

Tabela 1.2 – Tempos médios para disjuntores à vácuo

Tipo do disjuntor à vacuoTempo de fechamento ms ≤75 #

Tempo de carregamento da mola com acionamento EU, EK s ≤15 +1Tempo de abertura ms 65/50 ±5

Tempo de arco ms <15 ±10%Tempo de interrupção ms 80/65 ±10%

Tempo de religamento automático com acionamento HK, EK ms 300Tempo de fechamento/abertura ms 80/60

Duração mínima de comando• Desliga ms 60/20

• Liga,HK, EU,EK ms 60

�0 ��

�.�.�.� Tipos de acionamento

O acionamento de um disjuntor (o liga e desliga) necessita de mecanismos que permitam que os

contatos elétricos tenham uma operação extremamente firme, de forma que a resistência ôhmica entre

eles seja muito baixa, e , a velocidade de fechamento ou abertura minimize os danos causados pelos

arcos elétricos que acontecem durante esses eventos.

�.�.�.�.� Carga da mola

O mecanismo de acionamento dos disjuntores é de molas pré-carregadas manualmente ou atra-

vés de um motor elétrico (motorizado). Usam-se , normalmente, letras e símbolos para indicar como é

feita a carga da mola:

Exemplo:

H = Manualmente

E = Motorizado

�.�.�.� Características operacionais

Os disjuntores podem ser utilizados para todos os tipos de manobras requeridos em redes

elétricas. Há diferentes execuções de mecanismo de operação capazes de executar a seqüência de

operação requerida para cada tipo de manobra.

Normalmente, utilizam-se letras ou símbolos com a indicação do tipo de carga do mecanismo,

para indicar a seqüência nominal de operação do disjuntor:

Exemplo:

H = Acionamento normal.

O comando para ligar só é possível ser dado manualmente direto no disjuntor. Não há seqüência

de operação pré-determinada, sendo apropriado para casos onde não é feita nenhuma exigência em

relação ao tempo de estabelecimento.

U = Acionamento para sincronização e comutação rápida (Tempo de estabelecimento ≤90 ms);

K = Acionamento para religamento automático.

�0 ��

�.�.�.� Intertravamento mecânico

O disjuntor pode ser equipado com um dispositivo que, ao ser acionado, impede mecanica-

mente que o disjuntor seja fechado. Esse dispositivo só pode ser acionado com o disjuntor desligado.

Para completar o sistema de intertravamento, são previstos pontos de interconexão mecânica para

impedir acionamento de outros dispositivos de manobra (seccionadora, carrinho extraível, etc) com

o disjuntor fechado.

�.�.�.�.� bloqueio KIRK

O disjuntor poderá ser equipado com um sistema de travamento mecânico provido de chave.

Não se consegue ligar o disjuntor sem esta chave, que só é possível ser retirada com o disjuntor des-

ligado. Sob encomenda poderão ser fornecidos cadeados de travamento com o mesmo segredo para

montar em outros equipamentos com os quais o disjuntor deve ser intertravado.

�.�.� Disjuntor PvO

Desenvolvido sobre o projeto do GVO( Grande Volume de Óleo), este tipo de disjuntor represen-

ta uma evolução no sentido em que se procurou projetar uma câmara de extinção com fluxo forçado

de óleo sobre o arco elétrico. Dessa maneira, aumentou-se a eficiência do processo de interrupção da

corrente e diminuiu-se consideravelmente o volume de óleo no disjuntor.

Figura 1.8 – Disjuntor PVO

�� �3

O desenho esquemático mostra um corte da câmara interruptora.

Figura 1.9 – Vista em corte de um pólo de disjuntor para média tensão

13.3.5

13.9.11

17

19

23

2731333537394143454951

53576163

676973.5778183

97

91 95 97

105

31.13

31.5

5.

9.5

9

115. Isolador superior

Carcaça superiorVedaçãoVálvula de expansãoVisor de óleoVareta indicadoraTubo de boiaBolaFlange superiorTerminal superiorAnel roscadoCabeçote SSContato �xoSuporte estrelaDedos de contatoTubo distanciadorCompartimento superior da câmaraTampa da câmaraCanal anelarBase da câmaraTubo da câmaraCompartimento inferior da câmaraContato móvelPlaca de inversãoPino isolantePlaca de centragemRolete de contatoColunas de guiaFlange inferior com terminalCruzetaCarcaça inferiorVedaçãoHasteAlavanca internaEixo estriadoTerminal inferior (apenas no tipo A)AmortecedorBujão de drenagemIsolador inferior

9.9.5

11.13.3

.5

.9

.1117.19.23.27.31.

.5.13

33.35.37.39.41.43.45.49.51.53.57.61.63.67.69.73.

.577.81.83.91.95.97.

105.

�� �3

�.�.�.� Extinção do Arco

A figura a seguir mostra o funcionamento do dispositivo de fluxo de óleo.

Figura 1.10 – Seqüência de extinção na câmara de um disjuntor

Nessa seqüência, vemos primeiramente o dispositivo na posição ligado.

A imagem seguinte mostra como o fluxo de óleo é obtido pelo movimento descendente do con-

tato móvel durante a operação de abertura do disjuntor. O óleo contido na parte inferior do recipiente é

forçado para cima pela abertura da haste do contato móvel.O arco já se encontra estabelecido entre o

contato superior e o contato móvel que está descendo.

A imagem subseqüente mostra o processo de interrupção do arco voltáico. Quando a base

do arco, localizada abaixo da ponta do material isolante do contato móvel, ultrapassa o furo da

base da câmara,e estando em alta temperatura , forma-se uma bolha de gás no compartimento

inferior da câmara de extinção que só pode expandir-se para baixo. Tal bolha comprime o óleo

através do canal formado pelo espaçamento entre a tampa e a base da câmara, formando um fluxo

de óleo adicional que força a extinção do arco. Os gases que se formam no compartimento supe-

rior envolvem o contato fixo no cabeçote do pólo. O volume de ar no interior do recipiente superior

destina-se a equalizar o aumento da pressão do óleo nesta operação de extinção. O vapor de óleo

volta a se condensar, depositando-se sobre o óleo e os gases escapam lentamente pelas válvulas

de expansão, processo que leva alguns minutos.

a) Disjuntorna posição“ligado”.

31

24567

b) Interrupçãode correntesde baixaintensidade.

c) Interupçãode correnteselevadas.

1 - Contato �xo2 - Haste do contato móvel3 - Ponta de material isolante4 - Canal anelar

5 - Tampa da câmara6 - Coroa7 - Compartimento inferior da câmara

�� ��

O fluxo de óleo que atravessa o canal anelar atua na fase decisiva do deslocamento do contato

móvel. Este fluxo é orientado de tal forma que atinja o arco elétrico por todos os lados como um jato

radial, sem provocar alongamentos.

Este tipo de câmara é classificada como câmara axial, já que o arco recebe fluxo transver-

sal de óleo ao longo de toda a circunferência da câmara, extinguindo-o sem abandonar a posição

axial da câmara.

Usualmente, os disjuntores PVO cobrem a media tensão em praticamente toda a gama de capa-

cidades disruptivas ate 63kA. Em níveis de 138kV, a sua capacidade de ruptura por câmara está limitada

normalmente em 20kA. Desta forma, para correntes de curto-circuito superiores a este padrão (até 50kA são

comuns), devem ser empregadas várias câmaras em série, com o uso obrigatório de capacitores de equali-

zação e acionamentos mais potentes e, conseqüentemente, o uso de equipamentos mais complexos.

Seu uso também se limita a tensões máximas de 60 a 65 kV por câmara, quando em bancos de

capacitores e linhas em vazio. Da mesma maneira, se faz necessário, dependendo das características

do disjuntor e do circuito a ser chaveado, ter várias câmaras em série.

�.�.�.� manutenção no Disjuntor:

A manutenção dos disjuntores de pequeno volume de óleo requer fundamentalmente cuidados com

os seguintes componentes: óleo isolante, contatos, buchas, atuador mecânico e circuitos auxiliares.

Os cuidados com o óleo são idênticos, em grande parte, aos que são realizados na manutenção

de transformadores. Devem ser adotadas, por exemplo, as práticas:

• Extração do óleo para ensaios de umidade e de rigidez dielétrica;

• Técnica de ensaio de rigidez dielétrica;

• Enchimento com óleo. Há porém diferenças no que concerne às características admissíveis

para o óleo de enchimento de disjuntores, como se indicará.

Também a degradação do óleo num disjuntor, após um certo número de atuações, é muito rápi-

da, devido às decomposições e carbonizações produzidas pelo arco elétrico. Os ensaios de verificação

e os tratamentos de óleo serão muito mais freqüentes.

A parte mecânica requer cuidados especiais, pois dela depende o bom desempenho do disjuntor.

Deve ser verificada, no teste de recepção e após manutenções, ou mesmo preventivamente, a simul-

taneidade dos pólos.

Também deve-se proceder, quando necessário, testes de medição dos tempos de abertura e

fechamento.

�� ��

Outras verificações muito importantes para a manutenção são:

• Verificação da resistência ôhmica dos contatos principais;

• Verificação dos contatos auxiliares;

• Verificação dos resistores de fechamento (se existirem);

Nos disjuntores de corrente alternada de alta e extra tensão, é necessário proceder a ensaios

mais elaborados que a manutenção deve dominar. Estes ensaios são executados não só na recepção

como também após trabalhos de revisão mecânica e elétrica ou de manutenção corretiva.

Estes ensaios são normalmente designados como: ensaios sintéticos com métodos de injeção.

Pela sua complexidade, só podem ser, normalmente, feitos no fabricante.

�.�.�.3 Ensaios Sintéticos com métodos de Injeção

Estes ensaios estão descritos em grande detalhe teórico na NBR 7102/1981. Os circuitos de

ensaio direto estão, por sua vez, normalizados pela NBR 7118.

Designa-se como ensaio sintético um ensaio de curto-circuito, no qual a corrente total de curto

ou uma grande porcentagem desta corrente é fornecida por uma fonte (circuito de corrente à freqüência

industrial), ao passo que a tensão de restabelecimento transitória provém na sua totalidade ou parcial-

mente de outras fontes separadas (circuitos de tensão).

A tensão nos bornes da fonte de corrente à freqüência industrial é normalmente uma fração da

tensão da fonte de tensão. A potência necessária para o ensaio é, assim, muito menor.

Há duas variantes do ensaio sintético:

método de Injeção de Corrente:

A fonte de tensão é ligada ao circuito de ensaio “antes” do zero de corrente (antes do apagamen-

to do arco). A fonte de tensão fornece a corrente através do disjuntor sob ensaio durante o período de

zero de corrente.

método de injeção de tensão:

A fonte de tensão é ligada ao circuito em ensaio “após” o zero de corrente. Então, o circuito

de corrente à fre-qüência industrial fornece a corrente através do disjuntor durante o período de

zero de corrente.

�� ��

�.�.3 Disjuntor SF�

Um disjuntor SF6 consiste nos seguintes componentes principais: pólos, base dos pólos, coman-

do e estruturas metálicas.

Cada pólo tem uma coluna de suporte para isolamento à terra e um isolador onde está localizada

a câmara de corte . Os pólos e as tubos de SF6 formam um compartimento de gás comum. Os contatos

móveis da câmara de corte de arco estão ligados ao comando pelas bielas isolantes, alavancas de

manobra, alavancas dos pólos e pelas bielas de ligação na base de pólos.

Quando a corrente é interrompida, a transição do estado condutivo para o estado isolado deve

dar-se num intervalo de poucos milésimos de segundo. Durante o movimento de abertura, forma-se um

arco elétrico que deve ser extinto através de um sopro de gás.

Figura 1.11 – Disjuntor SFG

As propriedades do gás SF6 (hexafluoreto de enxofre) como isolante inerte, não-tóxico e refri-

gerante não-inflamável permitiram o desenvolvimento de equipamentos elétricos de alta capacidade

e desempenho, além de mais compactos e seguros. O aprimoramento dos disjuntores é um bom

exemplo disso.

Painel decontrole

Tubos decontatoscontendo SF6

�� ��

Nos disjuntores de SF6 da terceira geração, a pressão necessária para extinção é gerada numa

câmara de pressão pela própria energia do arco elétrico. O comando apenas fornece a energia para a

movimentação dos contatos e de um pistão auxiliar.

�.�.3.� Funcionamento - Comando por molas

O mecanismo consiste de uma estrutura de aço auto-sustentável. Para armazenar a energia ne-

cessária para a operação, a mola de compressão helicoidal é carregada por um motor elétrico através

da engrenagem do redutor. O funcionamento elétrico das bobinas de fechamento e abertura faz com

que a bobina de atraque, liberte a energia das molas para fins operativos. A energia da mola é transmi-

tida aos pólos por uma alavanca na parte de trás do comando pela biela de manobra e de ligação.

�.�.3.�.� Armando a mola de Fechamento

Após a tensão ter sido aplicada, o motor começa imediatamente a trabalhar e carrega a mola de

fechamento através da engrenagem do redutor, do cárter do pólo e da corrente. Essa operação termina

depois que o fixador da corrente e a respectiva corrente terem passado pelo ponto morto e apoiado o

limitador da roda dentada de rearme na bobina de fechamento.

No final da operação do armar das molas, o rasgo da roda dentada de rearme atinge o pinhão.

Isso faz com que a engrenagem do redutor - o motor - que tinha sido desligada pela came de controle

e pelo interruptor do motor, desengrenar sem forçar a bobina de fechamento.

O interruptor do motor reposicionado encerra o circuito de fechamento, e o indicador de mola

tensa / mola frouxa indica “mola de fechamento tensionada.”

�.�.3.�.� Operação de Fechamento

A trava de fechamento é liberada através de um comando elétrico da bobina de fechamento ou

através da alavanca de manobra manual de fechamento. O eixo de fechamento é acelerado por ação

da mola de fechamento ligada à roda dentada de rearme.

A came de fecho gira a alavanca interna de manobra, movimentando-se contra esta na di-

reção de fechamento. O disjuntor fecha através do eixo principal da alavanca de manobra e do

acoplamento mecânico.

No final do movimento de fechamento, e após rodar 60º, o eixo principal é baixado com seguran-

�� ��

ça e pouco impacto até a bobina de abertura. Essa operação faz-se através de um braço da alavanca

interna de manobra e graças à came de fechamento especialmente criada para tal. Ao mesmo tempo,

a came de fechamento deixa a alavanca interna de manobra e o disjuntor na posição de fecho, que

podem ser abertos.

Durante a operação de fechamento, as molas de abertura estão rearmadas. O excesso de ener-

gia residual é armazenada novamente na mola de fechamento. Funções de controle, sinalização e

manobra no final da operação de fechamento:

• Os contatos auxiliares acoplados ao eixo principal fecham o circuito de abertura das molas e

interrompem o circuito de fechamento. O disjuntor pode ser aberto eletricamente, mas qualquer

outra operação de fechamento ou impulso aplicado à bobina de fechamento é impedido.

• Uma alavanca (não incluída no esquema) controlada pelo eixo principal bloqueia a bobina de

fechamento, evitando que mecanicamente se dê outra operação de fechamento.

• O indicador de posição do disjuntor é girado pelo eixo principal até à posição de fecho.

• O interruptor do motor acionado pela came de controle do motor fecha o circuito do motor.

• O circuito da bobina de fecho é interrompido pelo contacto com o interruptor do motor. Isto evita

que se realize uma outra operação elétrica de fechamento.

• Ao mesmo tempo, o indicador de mola tensa / mola frouxa é regulado para “mola de fecho

frouxa”.

�.�.3.�.3 Rearme das molas de Fechamento

Quando o interruptor do motor é movido pela came de controle respectivo no final da operação

de fechamento, o circuito do motor é completado e a mola de fechamento automaticamente rearma.

�.�.3.�.� Operação de Abertura

A trava de abertura é liberada através de um comando elétrico dado pela bobina de abertura ou

através da alavanca de manobra manual de abertura. A ação do carregamento das molas de abertura

é fornecida através do eixo principal interligado ao disjuntor sendo acelerado na direção de abertura.

Para o fim da operação de abertura, o amortecedor fica ativo, amortecendo os eixos das partes móveis

do disjuntor e mecanismo até que haja uma paragem completa. Funções de controle, sinalização e

manobra final da operação de abertura:

• Os contatos auxiliares acoplados ao eixo principal interrompem o circuito de abertura das molas

�� ��

e estabelece o circuito de fechamento. Isto previne outra operação de abertura elétrica. Uma

operação de fecho elétrica é novamente possível.

• Uma alavanca (não incluída no esquema) controlada pelo eixo principal bloqueia novamente a

bobina de fechamento para uma operação de fecho subseqüente. O disjuntor pode ser fechado

mecanicamente.

• O indicador de posição acionado pelo eixo principal estabeleceu a posição aberta.

Visão de uma unidade extintora e seu funcionamento:

(a) (b) (c)

Figura 1.12 – Seqüência de abertura e extinsão do arco

(a) (b)

Figura 1.13 – Vista posterior de disjuntores com SFG

Absorvente de contaminantes

Terminal superior

Suporte de contato

Contato �xo do arco Contato �xo do arco

Contato �xo principal

Contato �xo principal

Contato móvel principalContato móvel principal

Bocal Bocal

Gás SF6

Terminal inferiorTubo guia

Pistão

Pistão

Contato móvel de arcoContato móvel de arco

Arco

Porcelana isolante

ContatoContato

CilindroCilindro

30 3�

�.�.� Disjuntor à sopro magnético

Nesse tipo de disjuntor, a extinção do arco voltaico se faz aproveitando um fenômeno físico, onde

um fluxo de elétrons é deslocado no espaço por um campo magnético.

Quando os contatos do disjuntor começam o processo de abertura e o arco elétrico se forma,

uma câmara de extinção , especialmente projetada , contendo um circuito magnético, atrai este arco

elétrico , aumentando o seu comprimento dentro dos vários compartimentos da câmara, resfriando-o e

expondo-o, ao ar desionizado, provocando, a sua extinção.

A força magnética que força o arco a penetrar nas diversas cavidades da câmara é produzida

por uma bobina , inserida na própria câmara de extinção, que aproveita o arco elétrico e se energiza,

formando o campo magnético. Vem daí o nome de disjuntor à sopro magnético.

�.�.�.� Câmara de extinção à sopro magnético

A câmara de extinção de arco à sopro magnético (figura abaixo) é um dispositivo individual colo-

cado sobre os contatos fixo e móvel do disjuntor ou contator. São desenhados especificamente para o

dispositivo de proteção a fazer uso desse tipo de estratégia de extinção de arco.

30 3�

Figura 1.14 – Corte de uma câmara extintora de arco com sopro magnético

1

2

3

4

56

7

8

9

1

2

1 -

2 -

3 -

4 -

5 -

6 -

7 -

8 -

9 -

Placa cerâmica com zircônio para guia do arco no início de sua formação.

Paredes laterais empoliéster com �bra devidro.

Alongador anterior doarco.

Alongador posterior doarco.

Alongador intermediário ligado à bobina de campo magnético.

Núcleo magnético.

Bobina de campo magnético.

Pequena câmarade extinção parainserção de bobinade campo magnético.

Paredes da câmaraprincipal de extinção.

3� 33

(a) (b) (c)

Figura 1.15 – Vistas externas de três disjuntores que usam câmaras a sopro magnético

�.�.� Disjuntor à sopro pneumático

Extinção do arco

Figura 1.16 – Seqüência de extinsão do arco com sopro pneumático

Disjuntor tipo DR Disjuntor tipo Mage-Blast

a b

c d

e

3� 33

Nesse tipo de disjuntor, a extinção do arco se faz através do uso da convecção do ar ambiente,

que ao esquentar, fica menos denso e se eleva.

Aproveitando essa característica física da natureza, se projeta uma câmara de extinção que, no

processo de abertura dos contatos e o estabelecimento do arco voltaico, o próprio arco e a tempera-

tura dos contatos fazem com que o ar do ambiente no entorno dos contatos aumente de temperatura

e se eleve, levando as moléculas de ar ionizadas. Elas penetram nas diversas canaletas da câmara ,

sendo resfriadas. Com o aumento do seu comprimento encontram o ar com menos moléculas ionizadas

até o momento em que o meio dielétrico tem uma resistência ôhmica que não dá sustentação ao arco

e há a extinção.

Para forçar a velocidade da extinção do arco e seu resfriamento, os dispositivos que utilizam

a técnica de sopro pneumático têm bombas pneumáticas mecânicas, tipo fole, que no momento da

abertura dos contatos elétricos são pressionadas, gerando um volume de ar com grande velocidade ,

o qual é direcionado para cada contato, suprindo o entorno da região de abertura dos contatos com ar

desionizado , agilizando , assim, a extinção do arco.

�.�.� Disjuntor à Ar Comprimido

O disjuntor de ar comprimido foi uma das invenções de Whitney e Wedmore em 1926. Ele foi

desenvolvido experimentalmente pela Associação Britânica de Pesquisas Elétricas (British Electrical

Reasearch Association) e foi primeiramente produzido na Alemanha e na Suíça.

No campo de alta tensão, houve inicialmente uma grande divergência prática entre os disjun-

tores de ar comprimido entre 1935 e 1945. Essa divergência ocorreu entre o modelo da alemã AEG

Freistrahl, que operava em tensões até 110kV por interrupção e empregava válvulas feitas com material

isolante desenvolvidas por Ruppel que ainda são usadas atualmente, e o modelo que usava a técnica

de válvulas metálicas, que foi usada pela maioria dos outros fabricantes que trabalhavam em até 35kV

por interrupção, onde um número de interruptores era montado em série em uma coluna vertical. Avan-

ços na engenharia de ar comprimido desde aquele período resultaram em muitas mudanças no design

dos disjuntores. Podem-se comparar os modelos antigos, onde interruptores eram arranjados vertical-

mente, com os mais recentes, onde eles eram montados horizontalmente, com o objetivo principal de

assegurar uma simetria aerodinâmica e performance idêntica para cada interruptor.

Outra grande mudança ocorreu no método de obtenção da força de isolação na posição aberta,

onde a chave isoladora de ar externa automática usada na maioria dos modelos de alta tensão foi troca-

da por sistemas mais sofisticados que usam isolante interno pressurizado. A primeira produção de um

3� 3�

sistema de isolamento interno foi produzida por Brown Boveri (Thomen, 1950) com um arranjo onde o

sistema de contato é mantido aberto sob pressão. Os contatos são fechados liberando-se o ar compri-

mido para a atmosfera. Esse conceito não só eliminou o isolador em série, mas também a necessidade

de uma junção mecânica entre o mecanismo de controle e o sistema de contato.

Desenvolvimentos mais recentes foram diretamente direcionados na manutenção do comparti-

mento de ar comprimido sob alta pressão, tanto quando o disjuntor está aberto quanto fechado. Isso foi

necessário para a obtenção de maior capacidade e menor tempo de interrupção. Esses sistemas mais

recentes têm a vantagem de não precisar haver tubos de ar comprimido entre o metal e a terra, que

opera em uma parte do tempo sob pressão atmosférica, mas depende de refrigeração para a preven-

ção de condensação interna sob condições desfavoráveis.

O critério para o número de disjuntores a serem usados não é mais baseado inteiramente nas

características disruptivas, mas sim pela interrupção ou pelo nível de impulso necessário. A interrupção

por ar comprimido depende da refrigeração. Ela é influenciada pela configuração aerodinâmica, incluin-

do tanto as válvulas quanto o tubo de gás.

Algumas propriedades do disjuntor de ar comprimido estão diretamente relacionadas com sua

forma e isso faz com que os modelos tenham que ser desenvolvidos cuidadosamente, para que sejam

otimizadas a interrupção e a performance do impulso disruptivo, uma vez que a configuração para estes

não pode ser idêntica.

�.�.�.� Propriedades

Para efeitos práticos, o ar, exceto pela presença de oxigênio, pode ser considerado um gás

quimicamente inerte, compatível com uma grande variedade de materiais utilizados na construção de

disjuntores. Além do mais, a baixa umidade do ar comprimido elimina o processo de corrosão associa-

do a reações eletrolíticas entre metais diferentes.

�.�.�.� vantagens e Desvantagens

As vantagens do uso do ar comprimido são:

• A disponibilidade do material (ar) em sua forma natural descarta a possibilidade de problemas

ambientais e deixa o custo mais baixo, pois com outros materiais poderia haver custos de reno-

vação ou reprocessamento do material.

• A elasticidade, ao contrário de materiais líquidos, permite que as estruturas de suporte sejam

3� 3�

modeladas sem preocupação com reações e transientes gerados por pressão do arco.

• A mobilidade (propagação elevada da onda e da partícula) permite que as estruturas suportem

ser canalizadas facilmente, e que o ar seja armazenado remotamente de suas zonas de funcio-

namento reais. Permite que o ar acompanhe as expansões e as contrações da coluna do arco,

o que contribui para a formação de arcos com período curto. A erosão baixa dos contatos e

as exigências de manutenção reduzidas o torna eminentemente apropriado para aplicações de

alta velocidade do projeto.

• O fato de o ar ter características relativamente constantes independente da temperatura

ou pressão diminui os custos que poderiam haver para manter um outro material em con-

dições de uso.

• O uso direto do meio como fonte de força mecânica necessária para controlar e dirigir o disjun-

tor mecanicamente.

• O fato de o ar ser relativamente inerte torna o disjuntor compatível com os materiais de constru-

ção mais baratos já presentes no mercado e não exige técnicas de manutenção sofisticadas.

• A facilidade de se operar em altas tensões com um número não muito elevado de disjuntores.

Ao contrário, as principais desvantagens do disjuntor de ar comprimido são:

• O custo relativamente alto do compressor e (se existir) do sistema de drenagem particularmente

em instalações pequenas ou onde cada disjuntor tem que ser alimentado com suas próprias

unidades subordinadas.

• O custo dos silenciadores necessários em lugares com restrição de níveis de ruído.

• O alto custo das válvulas de pressão e encapsulamento.

• A pressão constante e o esforço de interrupção constante, características do disjuntor que em

níveis atuais de luminosidade levam a um “chopping” de corrente e tornam o uso de resistores

para controle de sobretensão obrigatórios.

�.�.� Chaves seccionadoras

Introdução

Uma subestação de eletricidade é um espaço físico que tem equipamentos e dispositivos para

comandos , controle e proteção de grandes quantidades de energia elétrica, enviadas através de linhas

de Altas e Média tensões com a finalidade de distribui-las para os consumidores finais , ou mesmo de

servir como estações intermediárias para outras linhas de transmissão de eletricidade.

3� 3�

(a) (b)

Figura 1.17 – Vistas externas de seccionadoras

As chaves desempenham diversas funções nas subestações, sendo a mais comum o secciona-

mento dos circuitos.

Na manutenção de linhas de transmissão, a(s) chave(s) seccionadora(s) aberta(s) que isola(m) o

componente em manutenção deve(m) ter uma suportabilidade entre terminais e solicitações dielétricas,

de forma que o pessoal de campo possa executar o serviço em condições adequadas de segurança.

Na seleção e adequada utilização das chaves em sistemas de alta-tensão, devem ser observa-

das as características do sistema em que elas serão aplicadas e a função que devem desempenhar.

Entre as características do sistema estão as de natureza térmica e elétrica (capacidade de con-

dução de correntes nominal e de curto-circuito, suportabilidade às solicitações dielétricas, etc.) e as

de natureza mecânica (esforços devidos às correntes de curto-circuito, ventos, etc.), além do tipo de

instalação onde ficará localizada a chave (se para uso interno ou externo).

A manutenção em uma única chave normalmente acarreta desligamentos indesejáveis nas su-

bestações. Em alguns casos, provoca o desligamento de toda a subestação. É o que ocorre, por

exemplo, durante a manutenção dos seccionadores ligados à barra principal de subestações com ar-

ranjo barra principal/barra de transferência. Pode–se evitar ou minimizar esses desligamentos com a

instalação de elos removíveis próximos a essas chaves ou na barra principal.

3� 3�

Funções das Chaves Seccionadoras

As chaves seccionadoras têm as seguintes funções:

• Isolar equipamentos ou linhas para a execução de manutenção;

• Manobrar circuitos (transferência de circuitos entre os barramentos de uma subestação);

• “Bypassar” equipamentos (p. ex. disjuntores ou capacitores série) para execução de manuten-

ção ou por necessidade operativa;

Os Seccionadores somente podem operar quando houver uma variação de tensão insignificante

entre os seus terminais, nos casos de interrupção ou no restabelecimento de correntes insignificantes.

�.�.�.� Tipos de Chaves

�.�.�.�.� Chave Seccionadora Primária

É um equipamento destinado a interromper, de modo visível, a continuidade metálica de um

determinado circuito.

Devido a seu poder de interrupção ser praticamente nulo, as chaves seccionadoras devem ser

operadas com o circuito a vazio (somente tensão).

Também são fabricadas chaves seccionadoras interruptoras, do tipo manual ou automática, que

são capazes de desconectar um circuito operando a plena carga.

(b)

(a)

Figura 1.18 – Chave seccionadora tripolar de alta tensão

400

mm

Isolador passante

Mecanismo de manobra

600 mm

Lâminas condutoras

3� 3�

Especificação sumária

É necessário que sejam definidos os seguintes elementos para se poder especificar uma chave

seccionadora tripolar primária:

• corrente nominal, em A;

• tensão nominal, em kV;

• tensão suportável a seco, em KV;

• tensão suportável sob chuva, em kV;

• tensão suportável de impulso (TSI), em kV;

• uso (interno ou externo);

• corrente de curta duração para efeito térmico, valor eficaz, em kA;

• corrente de curta duração para efeito dinâmico, valor de pico, em kA;

• tipo de acionamento (manual: através de alavanca de manobra, ou motorizada).

�.�.�.�.� Chave seccionadora tripolar de baixa tensão

É um equipamento capaz de permitir a abertura de todos os condutores não aterrados de um cir-

cuito, de tal modo que nenhum pólo possa ser operado independentemente. Os seccionadores podem

ser classificados em dois tipos:

a) Seccionados com abertura sem carga

É aquele que somente deve operar com o circuito desenergizado ou sob tensão. É o caso das

chaves seccionadoras com abertura sem carga.

b) Seccionados sob carga ou interruptor

É aquele que é capaz de operar com o circuito desde a condição de carga nula até a de

carga plena.

Os seccionadoras de atuação em carga são providos de câmaras de extinção de arco e de um

conjunto de molas capaz de imprimir uma velocidade de operação elevada.

A principal função dos seccionadoras é permitir que seja feita manutenção segura numa deter-

minada parte do sistema. Quando os seccionadoras são instalados em circuitos de motores, devem

desligar tanto os motores como o dispositivo de controle.

Sobre os dispositivos de seccionamento pode-se estabelecer:

• a posição dos contatos ou dos outros meios de seccionamento deve ser visível do exterior ou

indicada de forma clara e segura;

3� 3�

• os dispositivos de seccionamento devem ser projetados e/ou instalados de forma a impedir

qualquer restabelecimento involuntário. Esse restabelecimento poderia ser causado, por exem-

plo, por choque ou vibrações;

• devem ser tomadas medidas para impedir a abertura inadvertida ou desautorizada dos dispo-

sitivos de seccionamento apropriados à abertura sem carga.

Especificação sumária

A aquisição de uma chave seccionadora tripolar de baixa tensão deve ter no mínimo as especifi-

cações dos itens relacionados abaixo:

• tensão nominal;

• corrente nominal;

• corrente térmica;

• corrente dinâmica;

• acionamento (manual rotativo ou motorizado);

• contatos auxiliares (se necessário);

• operação (em carga ou a vazio);

• vida mecânica mínima;

• freqüência nominal.

�0 ��

�.�.�.� Aspectos Construtivos

Figura 1.19 – Componentes principais de seccionadores e chaves de terra

(Pantográfica e Abertura Vertical com Lâmina de Terra)

10

9

8

7

6

4

321

510

159

5

4

1

1112

14 13

3

16

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Base ou estrutura

Mecanismo de operação

Coluna ou porcelana

Terminal de conexão

Coluna de porcelana rotativa

Articulação de comando

Haste inferior da articulação principal

Haste superior da articulação principal

Terminal da articulação

10 Terminal de espera

11

12

13

14

Mecanismo de comando manual da lâmina principal

Mecanismo de comando manualdas lâminas de terra

Haste de acionamento conjunto das lâminas principais

Haste de acionamento conjuntodas lâminas de terra

15 Lâmina principal

16 Lâmina de terra

�0 ��

�.�.�.3 Acessórios

Acessórios normalmente solicitados em especificações de seccionadores e chaves de terra:

• Conectores para fixação de tubos ou cabos aos terminais dos seccionadores;

• Conectores de aterramento para fixação dos cabos de aterramento à base dos seccionadores;

• Indicador de posição das lâminas (aberta ou fechada);

• Dispositivos de intertravamento entre os mecanismos de comando manual e motorizados das

lâminas dos seccionadores; dispositivos de intertravamento entre as lâminas principais e as de

terra., etc.;

• Botoeiras, termostatos, lâmpadas indicadoras, contadores de operação, etc. para os mecanis-

mos de operação motorizados.

�.�.�.� mecanismo de operação

A operação das seccionadoras pode ser manual ou motorizado.

A operação manual pode ser feita por uma simples vara isolante (p. ex. chaves-fusível em redes

de distribuição) ou por uma manivela (ou volante) localizada na base do seccionador.

A operação motorizada pode ser feita por um único mecanismo que, através de hastes comanda

a operação conjunta de dos três pólos, ou por mecanismos independentes para cada pólo do seccio-

nador (pantográficos e semi-pantográficos).

Os seccionadores motorizados geralmente também têm mecanismos de operação manual usa-

dos em caso de defeito do mecanismo motorizado ou no caso de ajuste das lâminas durante os servi-

ços de manutenção.

1.2.7.5 Especificações de Características Técnicas

�.�.�.�.� Tensão Nominal (Un)

ABNT/IEC: Tensão para a qual o equipamento é projetado para serviço contínuo; deve ser igual

à máxima tensão operativa do sistema no qual o equipamento será instalado.

Unidade padrão: kV eficaz (fase-fase).

�� �3

�.�.�.�.� Níveis de Isolamento

As chaves, do ponto de vista do comportamento de seus isolamentos nos ensaios dielétricos,

são constituídas por isolamentos auto-regenerativos (ar e porcelana), ou seja, isolamentos capazes

de recuperar suas características dielétricas após uma descarga (em laboratório) para a terra, entre

terminais ou entre pólos.

Os níveis de isolamento caracterizam as suportabilidades do equipamento às solicitações

dielétricas.

Normalmente, não se especifica o valor do nível de tensão entre pólos (fase-fase). A prática

usual é especificar uma distância entre pólos que corresponda ao nível de isolamento desejado ou que

seja determinada por outros fatores que podem ser predominantes no dimensionamento do isolamento

fase-fase, tais como corona, radio-interferência, requisitos de arranjo físico, etc.

O isolamento entre terminais de um seccionador aberto pode desempenhar duas funções quanto

aos surtos de manobra:

• Função segurança: quando o seccionador pode ser submetido a surtos de manobra em um

terminal, estando o outro terminal aterrado com o pessoal de campo trabalhando em algum

equipamento adjacente a este seccionador. Os seccionadores que executam essa função são

designados, segundo a IEC, como “Classe A” (Un3 300 kV).

• Função serviço: quando o seccionador em serviço pode ser submetido a surtos de manobra

em um terminal, estando o outro energizado com a tensão nominal de freqüência industrial. Os

seccionadores que executam esse serviço são designados, segundo a IEC, como “Classe B”,

com Un3 300kV.

Tabela 1.3 – Classe de isolamento

Classe Tensão de ensaio entre os terminaisa 1175kVB 900 + 430 = 1330kV

a) Tensão suportável nominal de freqüência industrial

Tensão aplicada de freqüência industrial que o equipamento deve suportar, durante um intervalo

de tempo especificado, sem apresentar nenhuma descarga em condições a seco e/ou sob chuva. De-

verão ser especificadas as suportabilidades à freqüência industrial entre as partes e energizadas e a

terra, e a suportabilidade entre terminais.

�� �3

Unidade: kV eficaz (fase-terra ou terminal-terminal)

b) Tensão suportável nominal de impulso atmosférico

Tensão de impulso atmosférico para a qual o equipamento tem uma determinada probabilidade

de suportar. A probabilidade de suportar especificada é de no mínimo em 90%, isto é, quando o equi-

pamento é submetido à aplicação de N impulsos, no mínimo em 90% dos casos não deverá haver

descarga no equipamento. A tensão suportável a impulso atmosférico deve ser especificada apenas

à seco, já que a suportabilidade dos equipamentos a impulsos atmosféricos, de uma maneira geral, é

pouco afetada pela chuva.

Unidade: kV crista

c) Tensão suportável nominal de impulso de manobra

Tensão de impulso de manobra para a qual o equipamento tem uma determinada probabilidade

de suportar. As probabilidades são 90% para a IEC/ABNT e 97,7% pelo IEEE.

A tensão suportável a impulso de manobra pode ser especificada a seco e/ou sob chuva, já que

a suportabilidade dos equipamentos a esse tipo de impulso tende a enfraquecer sob chuva de elevada

precipitação. Normalmente, a condição a seco é ensaiada para impulsos de polaridade positiva e a

condição sob chuva para ensaios de polaridade negativa.

Como os surtos de manobra são fenômenos característicos de sistemas de EAT e UAT, a tensão

suportável a impulso de manobra geralmente só é especificada para equipamentos de tensão nominal

Un ≥ 362 kV (esta pode variar de concessionária para concessionária).

Unidade: kV crista

�.�.�.�.3 Freqüência Nominal

Freqüência do sistema no qual o equipamento irá operar.

ABNT: 60 Hz

Unidade: Hertz ou ciclos por segundo

�.�.�.�.� Corrente Nominal

Corrente que o equipamento deverá conduzir continuamente sem exceder os valores de tempe-

ratura especificados para seus diversos componentes.

Os valores padronizados pela ABNT e IEC e corrente nominal são: 200, 400, 630, 800, 1250,

1600, 2000, 2500, 3150, 4000, 5000, 6300 A.

�� ��

Para a especificação da corrente nominal dos equipamentos de uma subestação é necessário

saber o carregamento dos circuitos, através dos estudos de fluxo de potência dentro de um horizonte

de planejamento, além das condições operativas da subestação (manutenção de equipamentos ou

linhas).

a) Sobrecarga Contínua

Quando o seccionador está trabalhando a uma temperatura ambiente inferior a 40 °C ele poderá

trabalhar em sobrecarga contínua, isto é, poderá conduzir continuamente uma corrente superior (Ia)

à corrente nominal (In) sem exceder os limites máximos de temperatura especificados. É possível ex-

pressar estas correntes com o aumento de temperatura pela seguinte fórmula:

maxmaxI I 40a n

a 21

i=

-

-i id n

Onde r = max – 40

Ia = corrente máxima a uma temperatura ambiente a [A]

In = corrente nominal referida à temperatura ambiente de 40 °C [A]

máx = temperatura máxima permitida no ponto mais quente do secionador de acordo com a

tabela V (°C)

r = elevação máxima de temperatura permitida na parte mais quente do secionador para a cor-

rente nominal de acordo com a tabela V (°C)

A relação Ia/In é conhecida como fator de carregamento do secionador.

b) Sobrecarga de curta duração

As chaves poderão ser submetidas a sobrecargas de curta duração (Is) durante um intervalo de

tempo (ts), quando, operando a uma determinada temperatura ambiente, estiverem conduzindo uma

corrente inferior à corrente (Ia) que poderiam conduzir continuamente a esta temperatura ser exceder

os limites de temperatura especificados. Esse tipo de sobrecarga pode ser observado nas seguintes

condições operativas:

• Durante a partida de motores ou compensadores síncronos, as chaves são submetidas a cor-

rentes elevadas durante um curto intervalo de tempo, não acarretando, entretanto, uma eleva-

ção apreciável de temperatura na chave;

• durante condições operativas de emergência ou em aplicações específicas: chaves utilizadas

para a frenagem eletromagnética de compensadores síncronos, por exemplo.

�� ��

�.�.�.�.� Correntes Nominais de Curto-circuito

Quando ocorre um curto-circuito em um sistema de potência, a corrente resultante é composta

de duas componentes: uma componente de regime (CA) determinada pelo valor da tensão da fonte e

pela impedância (R + jX) da rede, e uma componente de corrente contínua (CC) cujo valor inicial e taxa

de decréscimo são determinados em função do instante de ocorrência do curto na onda de tensão, do

valor da tensão da fonte e da relação X/R da rede.

A figura apresenta as correntes de curto-circuito simétrica (quando o curto ocorre na crista de

tensão) e assimétrica (quando o curto ocorre nas proximidades do zero de tensão). O valor máximo

assimétrico (em crista) é da ordem de 2,47 a 2,55 vezes o valor eficaz da corrente simétrica.

Figura 1.20 – Correntes de curto-circuito

As correntes nominais e de curto-circuito dos seccionadores devem ser escolhidas entre as cor-

rentes padronizadas pelas normas, em função das correntes de curto-circuito encontradas no sistema.

a) Corrente suportável nominal de curta duração

Valor eficaz da corrente que a chave (lâmina principal ou de terra) pode conduzir por um período

especificado de tempo (1 segundo ou 3 segundos).

Valores padronizados: 8 – 10 – 12,5 – 16 – 20 – 25 – 31,5 – 40 – 50 – 63 – 80 e 100kA eficaz.

Ica IcaV2

tCor

rent

eC

orre

nte

E

E´

1M

A

D

C

BIcc

IcaIca 2

A´D´

C´Xt

B´

�� ��

b) valor de crista nominal da corrente suportável de curta duração

Valor de crista da corrente que a chave (lâmina principal ou de terra) pode conduzir sem deterio-

ração se seu material. No caso de lâminas de terra especifica-se este valor como corrente nominal de

fechamento sobre curto-circuito. Os valores padronizados desta corrente (em kA crista) são 2,5 vezes

a corrente nominal de curta duração.

c) Desempenho dos seccionadores e chaves de terra durante curto-circuito

As correntes nominais de curto-circuito devem ser suportadas por estas chaves na posição fe-

chada durante os tempos especificados sem acarretar:

• danificação mecânica a qualquer parte da chave;

• separação dos contatos;

• aquecimento (superior à máxima temperatura permitida quando a chave conduz sua corrente

nominal) que possa danificar seu isolamento.

�.�.�.� Esforços mecânicos Nominais sobre os Terminais

As normas IEC 129 e ABNT apresentam valores recomendados de esforços mecânicos nominais

nos terminais de chaves. A recomendação geral dos fabricantes de colunas de porcelana é de que es-

tes esforços terminais calculados não ultrapassem 50% dos esforços nominais.

�.�.�.� Tensão nominal de alimentação dos dispositivos de operação e/ou circuitos auxiliares

A tabela a seguir apresenta as tensões utilizadas, segundo a prática brasileira, para a alimenta-

ção dos dispositivos de fechamento e abertura de chaves e/ou dos circuitos auxiliares. Normalmente, é

estabelecida a condição de operação adequada destes dispositivos dentro de uma faixa de variação de

sua tensão nominal (p.ex. 80 a 110% para corrente contínua e de 90 a 110% para corrente alternada).

�� ��

Tabela 1.4 – Tensões de alimentação dos dispositivos de abertura e fechamento

Corrente Contínua (Volts)Corrente alternada (Volts)

Monofásico TrifásicoSérie I Série II Série I Série II

24 110 120 127 / 220 120 / 20848 220 120 / 240 220 / 380 240 / 415

110 ou 125 - 240 440 277 / 480220 ou 250 - - - -

�.�.�.� Capacidade de interrupção e de estabelecimento de corrente dos seccionadores e chaves de terra

Como já foi mencionado anteriormente, embora as lâminas principais e de terra não tenham

capacidade de interrupção e/ou restabelecimento de correntes significativas, é necessário que elas

possam interromper ou estabelecer pequenas correntes indutivas e capacitivas que podem ocorrer nas

seguintes condições de operação dos seccionadores:

Correntes indutivas

• chaveamento de reatores ou de transformadores em vazio com conseqüente interrupção, ou

estabelecimento da corrente de magnetização destes equipamentos;

• chaveamento de barramentos ou de barramentos com transformadores de potencial;

• operação de lâminas de terra em linhas de transmissão em manutenção próximas a linhas

energizadas ou em linhas com torres de circuito duplo, com conseqüente interrupção ou esta-

belecimento de correntes induzidas pela linha energizada.

Correntes capacitivas

• chaveamento de cabos em vazio e de barramentos com divisores capacitivos;

• operação de lâminas de terra para a manutenção de linhas de transmissão próximas de linhas

energizadas;

abertura das chaves de bancos de capacitores em derivação, logo após a sua desernegização;

• chaveamento de bancos de capacitores série.

A IEC e a ABNT dão como referência de corrente de intensidade insignificante durante opera-

ções de abertura ou de fechamento de secionadores, corrente não superior a 0,5 A para chaves de

tensão nominal Un > 420kV nas condições de operação b e d acima. Nos demais casos, o fabricante

deverá ser consultado sobre os valores de corrente garantidos ou sobre a possibilidade de instalação

de restritores de arco nos secionadores.

�� ��

Em sistemas de menor tensão, e em alguns casos até 362 kV, existem seccionadores com dispo-

sitivos especiais que têm capacidade de operação para correntes de maior intensidade. Dependendo

da intensidade da corrente, esses secionadores poderão ter simples chifres nos contatos principais (a

interrupção ou restabelecimento da corrente é feita pelos chifres, sem danificação dos contatos prin-

cipais - figura a), dispositivos para restrição do arco (molas nos contatos principais ou hastes flexíveis

que são acionadas na abertura da chave – figuras b e c) ou sopro de ar (ou nitrogênio) direcionado para

o local de interrupção do arco (figura d). Nas figuras estão indicadas as capacidades de interrupção de

alguns destes seccionadores (ITE).

Figura 1.21 – Seccionadores com dispositivos especiais para

a abertura de correntes indutivas, capacitivas ou induzidas

Notas referentes às figuras acima:

1. corrente de magnetização de pequenos transformadores e corrente de barramentos de subes-

tações ou de linhas de curtas em vazio;

2. corrente de magnetização de bancos de transformadores com potência não superior à indicada;

3. corrente de magnetização de transformadores ou corrente de linha em vazio;

4. corrente de magnetização de grandes bancos de transformadores ou corrente de linhas longas

em vazio.

(a) (b)

(c) (d)

�� ��

Tabela 1.5 – Capacidade de interrupções

Tensão nominal KVCapacidade de interrupção

Fig a Fig c - Fig dNota 1 Nota 2 Nota 3 Nota 4

15.5 18 A 35000 KVA 23 A -72.5 9 A 70000 KVA 16 A 165 A145 7 A 90000 KVA 8 A 80 A242 5 A - - 50 A362 4 A - - 35 A

�.�.� Contator

Os contatores são utilizados em vários processos de comando e partidas de cargas, tanto

resistivas quanto indutivas( Fornos , motores, etc...). São ,geralmente, montados em estruturas fixas

com terminais de entrada e saída de potência, isoladas da estrutura onde se ligam os dispositivos

que irão proporcionar a abertura e fechamento dos contatos elétricos. Na maioria das configurações,

o contator é mecanicamente intertravado de forma que possa aumentar a segurança do operador em

seu manuseio.

Os contatores são utilizados para comando de todos os tipos de cargas ligada em CA. Por exem-

plo: Motores trifásicos, transformadores, bancos de capacitores e cargas de aquecimento resistivo.

Devido à evolução da tecnologia, os contatores atuais utilizam meios mais sofisticados para

extinguir o arco voltaico que se forma ao abrir os contatos com a carga ligada. Para isso, utiliza as tec-

nologias de tubos à vácuo ,PVO e tubos com gás SF6.

Os contatores são contruídos para resistirem à diversidade atmosférica, com exceção aqueles

construídos exclusivamente para trabalharem em cubículos fechados à prova de tempo.

Abaixo, temos a figura de dois contatores que utilizam tubos à vácuo.

�0 ��

(a) (b)

Figura 1.22 – Vista externa de contadores

�.�.�.� Descrição de funcionamento de um tubo à vácuo:

Cada tubo( garafa) à vácuo consiste de dois contatos confinados em um tubo cerâmico

hermeticamente fechado, sendo que um dos contatos é fixado ao corpo cerâmico. Normalmente o

contato o inferior é montado em um dispositivo móvel, o qual tem um diaframa de aço inoxidável

unindo-o ao corpo cerâmico. Isso permite que esse contato móvel possa deslizar para cima e para

baixo, sem que o ar penetre no corpo cerâmico, além de manter o isolamento ôhmico entre os

contatos e o meio ambiente.

�0 ��

Figura 1.23 – Figura dos componente interior do tubo(garafa) à vácuo

Um contator padrão contém três tubos(garafas) à vácuo e sua operaçao é feita através de dispo-

sitivos eletromagnéticos e alavancas mecânicas que são usadas para fecharem os contatos.

�.�.�.� Operação de um contator:

-Quando o circuito de controle é energizado, a corrente elétrica cria um efeito eletromagnético na

bobina de fechamento ativando-a.

• A bobina sendo atuada, o seu núcleo é puxado , rotacionando uma alavanca que causa o mo-

vimento do braço atuador para cima.

• Com o movimento do braço atuador para cima, a base isolada que contém os contatos móveis

se movem e fecham os contatos nos tubos a vácuo.

• Um conjunto de contatos auxiliares , normalmente abertos,que estão ao lado da estrutura e

fixados na base isolante dos contatos móveis são fechados. Com isso, colocam no circuito uma

Corpo de contato superior

Cerâmico

Platina dos contatos

Diafragma em açoinoxidável

Anel de retenção

Corpo do contato inferior móvel

Linha indicadora de desgaste docontato

�� �3

bobina expecífica para manter os contatos do disjuntor fechados, retirando do circuito a bobina

de fechamento. Esse sistema é conhecido como sistema economizador de energia, já que a

bobina de fechamento gasta muita energia para manter os contatos sempre fechados.

• A bobina auxiliary de manutenção de contatos fechados permanece ativada e mantem o conta-

tor ativado ou ligado.

• A desnergização da bobina auxiliar de manutenção de contato fechado abre o contator.

• Nota: O contator requer uma fonte de alimentação externa para alimentar as bobinas de fecha-

mento e auxiliar na operação do mesmo.

1.2.8.3 Identificação de Contator:

Cada contator é identificado com uma “Placa” onde constam todos os dados importantes , nor-

matizados, tais como: categoria; nº de série; tensão de trabalho; capacidade de interrupção; altitude

máxima de trabalho; corrente nominal de trabalho, além de marca do fabricante e normas atendidas.

Abaixo, temos um exemplo de uma Placa de identificação:

Figura 1.24 – Placa de identificação

Exercícios:

1) Disjuntores à vácuo:

a) Explique como se forma o arco voltaico na ampola a vácuo.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

VACUUM CONTACTORCONTACTEUR SOUS VIDECAT. SER.

1502-V4DBDA-1

2500- 7200 V. 30 400 AMP - 50/60 HZ

INTERRRUTING CAPACITYPOUVOIR DE COUPURE

6000 AMP.

ALTITUDE RANGEPLAGE D’ALTITUDE 0 - 1000 M.

READ INSTRUCTIONS BEFORE ENERGIZINGTHIS DEVICE MAY PRODUCE HARMFUL X-RAYS.

LIRE LES INSTRUCTIONS AVANT D’ALIMENTERCET APPAREIL DES RAYONS X DANGEREUXPEUVENT SE PRODUIRE

�� �3

b) Explique porque a extinção do arco na ampola à vácuo não necessita ser resfriado.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

c)Explique porque a ampola à vácuo tem uma alta rigidez dielétrica.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

2) Disjuntor PVO

a) Explique o princípio da extinção do arco pelo método PVO.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

b) Explique porque o número de operações ou atuações de dispositivo que utiliza PVO aumenta

o número de manutenções no dispositivo.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

c)Explique qual foi a principal evolução tecnológica , com relação a extinção de arcos voltaicos

com óleos, que causou o desenvolvimento do disjuntor PVO em relação ao GVO.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

3) Disjuntores à SF6

a) Cite três propriedades do gás SF6 que permitiram a evolução de dipositivos de comando e

proteção de média tensão, tal como o disjuntor à SF6.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

�� ��

b) Qual a estratégia básica usada no disjuntor à SF6 para extinguir o arco voltaico?

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

c) Qual o significado da sigla SF¨do gás SF6?

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

4) Disjuntores à sopro magnético e pneumático.

a) Explique como se forma o sopro magnético na câmara de extinção de arco à sopro magnético.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

b)Explique como se faz a extinção de arco voltaico pela técnica de sopro pneumático.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

5) Seccionadoras

a) Cite duas funções das chaves seccionadoras?

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

b)Cite os dois tipos de mecanismos de operação das chaves seccionadoras.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

c) Cite dois acessórios utilizados obrigatoriamente em chaves seccionadoras.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

6) Contator.

a) Dê duas aplicações de contatores.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

�� ��

b) Explique resumidamente o processo de fechamento dos contatos de um contator.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

c) Explique resumidamente o processo de abertura dos contatos de um contator.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

d) Cite duas técnicas utilizadas em contatores para extinção de arco voltaicos em seus contatos.

..........................................................................................................................................................

..........................................................................................................................................................

�.�.� Cuidados Essenciais na Instalação, manutenção e Operação

�.�.�.� Introdução

Arcos elétricos internos em cubículos são muito perigosos e sempre causam destruição. Tais

falhas devem ser evitadas, seus efeitos controlados por projetos adequados para este fim e feitas pro-

teções tais como: detetores de arco e pressostatos instalados nos compartimentos.

Os maiores riscos na ocorrência de um arco interno em um cubículo não adequadamente proje-

tado para este fim, são:

• Arremesso de grande quantidade de gases e materiais metálicos extremamente quentes para

fora do cubículo através de frestas e/ou aberturas causadas pela pressão interna ou pela fusão

de partes do invólucro, atingindo diretamente o operador e podendo lhe causar, entre outros, a

morte ou queimaduras muito sérias;

• A abertura de portas devido à alta pressão interna, aumentando os riscos descritos e possibili-

tando o contato direto do operador com altas tensões;

• A destruição total do compartimento onde ocorreu o arco e de outras células do conjunto de

manobra, causando interrupção no fornecimento de energia.

Em 1976, um grupo de fabricantes europeus preocupados com a grande incidência de arcos

internos em cubículos de distribuição se empenharam no estudo desse problema. Ensaios para com-

�� ��

provar a suportabilidade de um cubículo quando da ocorrência de arco interno são efetuados em labo-

ratórios da Europa desde a década de 70.

No Brasil, ensaios dessa natureza têm sido efetuados desde 1983. A maioria dos fabricantes

nacionais passaram a ensaiar seus produtos a partir da inclusão deste ensaio na norma brasileira NBR

6979 (última revisão), a qual contempla os requisitos necessários para que os usuários possam obter

um produto final com o mais alto grau de confiabilidade e segurança, principalmente com a classifica-

ção de tipo do ensaio de arco elétrico devido a falhas internas.

�.�.�.� Aspectos técnicos

Os fabricantes têm pesquisado e desenvolvido novas soluções e tecnologias, objetivando reduzir

a probabilidade de falhas e garantir a segurança pessoal ainda que estas ocorram.

As pesquisas neste sentido dividem-se basicamente em duas tendências:

• Cubículos com isolação a ar;

• Cubículos isolados a gás SF6.

�.�.�.3 Cubículos com isolação a ar

Neste tipo de cubículo, a preocupação com a influência do meio ambiente, com falhas na isola-

ção, erros de operação e com as conseqüências de uma falha interna acidental para o meio ambiente

externo é muito grande.

As mais novas gerações de cubículos de média tensão com isolação a ar possuem as seguintes

características principais:

• Elevação do grau de proteção;

• Cubículos à prova de arcos voltaicos, com dispositivos de alívio de pressão interna independen-

tes para cada compartimento de média tensão;

• Detectores de arco opcionais, acionados por luz, pressão ou temperatura, os quais diminuem o

tempo de arco (<100 ms), limitando os efeitos sobre a instalação;

• A escolha do disjuntor a vácuo ou SF6 (com diafragmas de alívio de pressão) tem grande impor-

tância, pois pode minimizar as possibilidades e as conseqüências de uma falha;

• Todas as operações de manobra são efetuadas com a porta do compartimento do equipamen-

to de manobra fechada. Um sistema de intertravamento garante que a abertura da porta só

ocorrerá mediante o desligamento do disjuntor, extração do mesmo até a posição teste e seu

travamento nesta posição;

�� ��

• Uso de seccionadores de manobra sob carga;

• Equipamentos de medição (transformadores de potencial) extraíveis, com as mesmas prote-

ções contra toques aplicáveis aos equipamentos de manobra;

• Guilhotinas metálicas automáticas para proteção contra toques acidentais (filosofia “Metal

Clad”);

• Filosofia de proteção digital;

• Possibilidade de telecomando, inclusive operações de inserção e extração do equipamento de

manobra;

• Aterramento do circuito através de seccionador conjugado com disjuntor;

• Utilização de intertravamentos eletro-mecânicos inteligentes

�.�.�.� Cubículos isolados a gás SF�

Já os cubículos a SF6, hermeticamente fechados, resultam numa excelente proteção contra cho-

ques acidentaiss, com total proteção contra influências externas. Constituem a solução mais indicada

para locais onde se exige máxima confiabilidade e segurança.

Os cubículos isolados a gás SF6 são atualmente oferecidos em duas modalidades: tipo modular

e tipo encapsulado (cilíndricos).

Os conjuntos de manobra e controle são testados e operados por normas nacionais e interna-

cionais, aptos a operar em altitudes até 3000 m acima do nível do mar, imunes aos efeitos do clima e

outras condições ambientais.

Utilizam a montagem de reduzidas dimensões (compactação), nas versões barramento simples

e duplo, com as mesmas dimensões para todas tensões até 36 kV.

Além das características citadas, as quais são próprias de instalações isoladas a gás SF6, o

desenvolvimento desta tecnologia já trouxe outras características importantes para minimizar a proba-

bilidade de arcos voltaicos:

• As partes que requerem manutenção ficam fora do compartimento de média tensão;

• Em alguns projetos, cada fase possui encapsulamento independente. Isso elimina a possibili-

dade de uma falha entrefases;

• A interrupção de corrente é feita por câmaras a vácuo imersas em gás SF6. Isso permite apro-

veitar as excelentes propriedades isolantes do SF6 e elimina o inconveniente de se contaminar

o gás com a interrupção de corrente, que é feita no vácuo;

�� ��

• Para cada fase, o encapsulamento do barramento principal e seu controle de pressão são inde-

pendentes do restante do cubículo, o que permite até a substituição da câmara de vácuo com

a instalação em operação;

• Compartimentos com gás SF6 independentes para disjuntor e barramento/chave de 3 posições

(aberto, em serviço e aterrado), restringindo eventuais falhas a um único compartimento;

• Aterramento integral através do disjuntor;

• Filosofia de proteção digital;

• Isentos de manutenção na média tensão.

�.�.�.� Ensaios

Dentre os principais ensaios prescritos em norma, vamos neste trabalho enfatizar o ensaio de

arco elétrico devido a falhas internas, uma vez que a finalidade é verificar a suportabilidade dos cubícu-

los no sentido de garantir a segurança humana e do patrimônio.

�.�.�.�.� Fenômenos físicos principais

A ocorrência de um arco no interior de um cubículo pode ocorrer em diversos locais e é acompa-

nhada de vários fenômenos físicos.

A energia resultante do desenvolvimento de um arco à pressão atmosférica causa sobrepres-

sões internas e sobreaquecimento local, que resulta em esforços mecânicos (compressão e expansão)

e térmicos no cubículo e em todos equipamentos nele instalados. Além disso, pode ocorrer a decompo-

sição de materiais pelo calor, e gases ou vapores podem ser expelidos do cubículo.

As sobrepressões internas que atuam nas tampas, portas, janelas de inspeção, etc. e os efeitos

térmicos do arco e suas conseqüências no invólucro, da expulsão de gases quentes e partículas incan-

descentes, são levados em consideração na Norma NBR 6979. Porém os efeitos que podem constituir

riscos, tais como gases tóxicos, não são previstos.

�.�.�.�.� Procedimentos de ensaio

Os valores de tensão, corrente, freqüência e duração de ensaio e procedimentos estão estabe-

lecidos na norma NBR 6979.

�� ��

�.�.�.�.3 Avaliação do ensaio

Os seguintes critérios de aprovação devem ser observados de forma a permitir a verificação dos

efeitos do arco:

Critério 1: Portas e tampas não devem abrir.

Critério 2: Componentes capazes de causar ferimentos não devem ser arremessados.

Critério 3: Não devem haver perfurações nos cubículos adjacentes e nas partes externas livre-

mente acessíveis do invólucro;

Critério 4: Indicadores verticais não devem se inflamar.

Critério 5: Indicadores horizontais não devem se inflamar.

Critério 6: Todas as conexões à terra devem permanecer eficazes.

�.�.�.� manutenção

Nos primórdios dos anos 60, os equipamentos blindados com isolação a ar instalados nos siste-

mas de média tensão eram importados, sendo muito rigorosos tanto na espessura dielétrica quanto na

distância de isolamento, dotados de componentes robustos, pesados e de difícil operação.

Com o passar dos anos tais equipamentos deixaram de ser importados e a indústria nacional a

desenvolveu conjuntos de manobra e controle cada vez mais compatíveis com o tamanho, importância

e requisitos operacionais da instalação.

Desde a década de 60 até o final dos anos 80, os usuários se depararam com sérios problemas de

estanqueidade dos invólucros de uso exterior, os quais comprometeram o isolamento dos barramentos

conduzindo a falhas severas. Portanto, as ocorrências provocadas pela penetração de água ou umidade

foram as principais causas de defeitos ocorridos nos cubículos de concessionárias de energia elétrica.

Nos anos 80, muitos cubículos passaram a ser dotados de dispositivo de alívio de pressão e de

um sistema mais eficiente de ventilação e aquecimento interno, imprescindíveis para se evitar a con-

densação da água no seu interior.

A partir de 1989, decidiu-se, de forma priorizada, a cobertura de blindados externos, num progra-

ma a médio prazo, objetivando-se dirimir a influência da radiação solar na elevação da temperatura e

a penetração de água e umidade.

�0 ��

�.�.�.� Conclusões

Um arco interno em um cubículo não devidamente projetado para este fim vem a ser o pior, o

mais perigoso e o que causa maiores prejuízos em um sistema de distribuição. Seus efeitos são de

grande significância e não podem ser ignorados. Eles podem causar:

• Perigo, danos físicos ou a morte de pessoas;

• Interrupção do sistema;

• Destruição dos equipamentos;

• Reações desfavoráveis da opinião pública.

As instalações de manobra devem ser projetadas e melhoradas de forma a garantir a proteção

do operador contra falhas internas durante a operação, sendo válido não só para instalações novas,

mas também para as já existentes. Atenção especial deve ser tomada na fase de projeto da parte civil,

pois as salas devem possuir, quando possível e atentando para as condições ambientais, saídas para

o exterior dos gases quentes e materiais incandescentes, oriundos de arcos internos e direcionados

através do duto coletor.

Atualmente, devido ao perigo representado por um arco de potência no interior de um cubículo

incapaz de suportar as forças resultantes da ignição de um arco interno, notáveis estudos mecânicos,

elétricos e térmicos vem promovendo sem sombra de dúvidas novas tendências e padrões na cons-

trução dos conjuntos de manobra e controle blindados. As soluções para novos projetos vem sendo

alcançadas sistematicamente com a evolução de conhecimentos mais aprofundados em relação aos

mecanismos de expansão de gases.

Em face às necessidades de soluções técnicas, as concessionárias, as indústrias e os centros

de pesquisas associaram seus esforços com vistas à conquista de interesses comuns, buscando o de-

senvolvimento de tecnologias, imprescindíveis que viabilizem técnico-economicamente, dentro de um

processo evolutivo, a produção de blindados que atendam às exigências estabelecidas em norma para

o ensaio de arco elétrico devido às falhas internas.

�0 ��

bIbLIOgRAFIA

1 COLOMBO, Roberto. Disjuntores de alta tensão. São Paulo: Nobel, [1988].

2 D’AJUZ¸ Ary ... et al. Equipamentos elétricos: especificações e aplicação em subestações de

alta tensão. Rio de Janeiro: Furnas, 1985.

3 MAMEDE FILHO, João. Instalações elétricas industriais. 3. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1989.

4 ZANETTA JÚNIOR, Luiz Cera. Transitórios eletromagnéticos em sistemas de potência. São

Paulo: Edusp, 2003.

5 <NETTO, Luiz Ferraz, Sala de artigos sobre motores: 2004. Disponível em: www.feiradecien-

cias.com.br/sala07> . Acesso em 15 de dez. 2006.

6 SIEMENS, Portifólios de produtos disponíveis no site: 2004. Disponível em: <www.siemens.

com.br/templates/br_d_negocios_produtos> Acesso em 20 de nov. 2006.

��