Chaves seccionadoras, Trabalhos de Tecnologia Industrial

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SUMÁRIO

1. CHAVE SECCIONADORA (anexo1)

Esse equipamento de manobra conhecido durante décadas como chave seccionadora, teve sua designação normalizada pela ABNT, nas NBR's 6935/ e 7571/85 que trata do equipamento, ou seja, foi renomeado como secionador. Porém, face ao que é comumente usado, continuaremos a tratá-lo como chave seccionadora. Equipamentos de manobra são componentes do sistema elétrico de potência que têm não somente a função de estabelecer a união entre geradores, transformadores, consumidores e linhas de transmissão e separá- los ou secioná-los de acordo com as exigências desse serviço, como também são utilizados praticamente para proteção de todos os componentes elétricos contra a atuação perigosa de sobre-cargas, correntes de curto-circuito e contatos a terra. As chaves seccionadoras são equipamentos que fazem parte do grupo denominado Equipamento de Manobra. As chaves são dispositivos mecânicos de manobra, que na posição aberta assegura uma distância de isolamento e na posição fechada mantêm a continuidade do circuito elétrico, nas condições especificadas.

1.1.3 Dupla Abertura Lateral

O modelo secionador SDA obedece o padrão construtivo da ABNT ou o tipo B da ANSI. Cada pólo é composto por duas colunas laterais fixas e uma central rotativa. A coluna rotativa que é central é responsável pelo acionamento do equipamento. Acionando o comando motorizado, acontece o acionamento da coluna rotativa, abrindo o polo seccionador duplamente em suas extremidades, por isso é considerada dupla abertura. Em Furnas verificamos durante o estágio que este modelo é muito utilizado. Os grandes fornecedores deste tipo de chave são Camargo Corrêa, Laelc, Siemens.

1.1.4 Abertura Vertical

Obedece ao padrão construtivo AV da ABNT ou o tipo A da ANSI. Cada pólo é composto por três colunas de isoladores, sendo duas fixas e uma rotativa. A coluna rotativa fica em uma extremidade, junto ao mecanismo de acionamento do equipamento é responsável pelo acionamento do equipamento. Quando acionado o comando motorizado, que é responsável pelo acionamento da coluna rotativa, a abertura desta chave acontece verticalmente. Os grandes fornecedores deste tipo de chave são Camargo Corrêa, Laelc, Siemens. Podemos ter chaves neste modelo que podem operar em tensões de até 800kV.

1.1.5 Abertura Semi-Pantográfica Horizontal

Obedece ao tipo SH da ABNT. Cada pólo é composto por três colunas de isoladores, sendo duas fixas e uma rotativa. A coluna rotativa fica em uma extremidade, junto ao mecanismo de acionamento do equipamento é responsável pelo acionamento do equipamento. Quando acionado o comando motorizado, que é responsável pelo acionamento da coluna rotativa, a abertura desta chave acontece verticalmente, ocorrendo um desdobramento central, pois no centro da lãmina principal, os contatos são todos articulados. Portanto neste caso o tipo de abertura é semi-pantográfica. Como esta chave é montada horizontalmente em uma subestação, ela é considerada montagem horizontal. Os grandes fornecedores deste tipo de chave são Camargo Corrêa, Laelc, Siemens. Podemos ter chaves neste modelo que podem operar em tensões de 345kV até 550kV.

1.1.6 Abertura Semi-Pantográfica Vertical

Obedece ao tipo SV da ABNT. Quanto à composição das colunas de isoladores e o tipo de fechamento vertical, podem ser os seguintes modelos: A coluna rotativa fica em uma extremidade, junto ao mecanismo de acionamento do equipamento é responsável pelo acionamento do equipamento. Quando acionado o comando motorizado, que é responsável pelo acionamento da coluna rotativa, a abertura desta chave acontece verticalmente, ocorrendo um desdobramento central, pois no centro da lamina principal, os contatos são todos articulados. Portanto neste caso o tipo de abertura é semi-pantográfica. Como esta chave é montada verticalmente em uma subestação, ela é considerada montagem vertical. Os grandes fornecedores deste tipo de chave são Camargo Corrêa, Laelc, Siemens. Podemos ter chaves neste modelo que podem operar em tensões de 345kV até 550kV.

1.1.7 Lâmina Terra

1.2 Principais partes constituintes de um Secionador

Algumas peças que compõe o seccionador são:

1.2.1 Polo Seccionador:

É a parte do seccionador, incluindo o circuito principal, isoladores e a base, associada exclusivamente a um caminho condutor eletricamente separado e excluindo todos os elementos que permitem a operação simultânea.

1.2.2 Base

É construída em aço laminado, galvanizado a quente, com perfis U, I, U dupla, treliça ou tubos de aço de parede reforçada.

1.2.3 Mancal

É a parte rotativa da base do seccionador, onde o será fixado a coluna rotativa.

1.2.4 Sub-Bases(Sup. Isolador)

Destinam-se a elevar a altura da coluna isolante, equiparando-se com as outras.

1.2.5 Coluna Isolante

As colunas isolantes mantêm a isolação entre a parte viva e a base do secionador, é, portanto parte fundamental na função isolante do seccionador. Elas devem suportar as mais variadas formas de solicitações dielétricas e mecânicas. As colunas isolantes devem atender as seguintes especificações: suportar os esforços dielétricos, os esforços mecânicos e não devem produzir níveis elevados de ruído.

1.2.6 Lâmina Principal

É feita de tubo ou barra de material altamente condutor (cobre ou alumínio). A lâmina é uma peça móvel que na posição fechada do seccionador conduz a corrente elétrica de um terminal a outro e na posição aberta assegura uma distância de isolamento. É a parte mais crítica do seccionador, pois além de reunir alta condutividade e boa rigidez mecânica, a lâmina deve ser, sobretudo, leve o suficiente para permitir a operação de seccionador sem esforço demasiado. Dependendo da forma construtiva do mesmo a lâmina influi consideravelmente na vida útil do equipamento.

1.2.7 Suporte dos Contatos

São construídos em ligas de cobre ou alumínio e dimensionados de forma tal que resistem aos esforços de operação. Além disso, eles devem ter uma seção suficientemente grande para não se aquecerem com a passagem das correntes nominais e de curto-circuito.

1.2.8 Contatos

É o conjunto de duas ou mais peças condutoras de um seccionador, destinadas a assegurar a continuidade do circuito quando se tocam, e que devido ao seu movimento relativo durante uma operação, fecham ou abrem esse circuito. O contato propriamente dito é então feito através das superfícies de prata ou sua liga. A pressão nos contatos é dada por molas de aço inox, bronze fosforoso ou cobre-berílio. É a parte do seccionador que mais apresenta problemas, com necessidade de substituição, pois é onde ocorre o contato direto entre contato móvel da lâmina principal.

2. MANUTENÇÃO

Nesta etapa do trabalho tem-se como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia que possa dar suporte para a determinação de quando efetuar manutenção numa chave seccionadora, fazendo a análise das curvas da corrente do motor de acionamento verificando suas variações em função dos problemas que possam ocorrer, determinando se esta análise poderá trazer informações importantes para a manutenção da mesma. O desenvolvimento dessa metodologia está ancorado em ferramentas de processamento e análise digital de sinais.

2.1 Estudos preliminares dos defeitos mais comuns em chaves secionadoras

Ao realizar uma pesquisa no banco de dados com uma chave seccionadora da Eletrosul, foi observado que os problemas mais comuns encontrados mostram que na sua maioria são problemas de esforços mecânicos que poderiam ser traduzidos em torque e conseqüentemente em variação de corrente elétrica do motor, e são os seguintes:

2.1.1 No armário de comando (anexo 2)

• Desajuste dos contatos auxiliares (cames);
• (^) Quebra do eixo dos contatos auxiliares;
• Relê de supervisão de tensão;

2.1.2 No acionamento (anexo 3)

• Quebra do eixo de acionamento (no armário de comando);
• Penetração de água nos mancais.

2.1.3 No conjunto mecanismo superior (anexo 4, 5 e 6)

• Quebra ou envelhecimento do contrabalanço;
• Quebra ou envelhecimento das molas do contrabalanço;
• Quebra dos capacetes;
• Desnivelamento do garfo.

Outro aspecto importante é que se pode determinar se ao fechar, a seccionadora completou o curso plenamente, ou seja, se cumpriu todos os requisitos para garantir uma boa condução nos contatos agora fechados. Este ponto tem sido um gargalo para o telecontrole e a automação das subestações (SE’s) que necessitam supervisão local. O fechamento incorreto de chaves causa um aquecimento que diminui sua vida útil. Em casos mais graves pode levar ao total derretimento de suas partes condutoras e conseqüente desligamento do sistema. Uma chave seccionadora de subestação pode estar operando em tensões de 500 kV e correntes de 3.000 Amper. A resistência elétrica ideal de fechamento destas chaves gira em torno de 150 μΩ o que em si já gera uma potência de até 1,35 KW para uma corrente de 3000 A. No caso de um mal fechamento desta chave a resistência cresce causando aquecimento excessivo nos contactos podendo derreter e destruir a chave.

2.2 Material e métodos

Existem várias técnicas que poderiam ser utilizadas para as análises, mas neste trabalho, comentam-se apenas duas, na primeira, a que será a utilizada aqui, coleta-se a corrente elétrica do motor e traça-se um gráfico do seu valor ficaz versus o tempo. Este por sua vez se tornará um padrão para as demais verificações (assinatura). Quando o valor da corrente tiver variações epresentativas em relação à curva original, supõem-se de possíveis pontos de agarramento com tendências de desajustes e piora do defeito. O companhamento desta variação é que vai demonstrar a mudança de comportamento da chave seccionadora e dar ao técnico de manutenção condições de determinar quando esta deverá passar por uma manutenção. Neste caso, cada seccionadora terá a sua assinatura específica, muito embora temos observado que equipamentos similares têm apresentado curvas

de gaveta. Passa-se a seguir no próximo item a tratar da metodologia aplicada bem como dos desenvolvimentos que foram necessários durante os estudos. Para coletar os dados a serem analisados, tornou-se necessário buscar um sistema eletrônico de coletas. O sistema necessitava de determinada precisão, pois face à grande redução existente entre o motor da seccionadora e o seu mecanismo, as variações de corrente relativas às variações de torque são pequenas, além de que o ambiente de trabalho é muito ruidoso (interferências de 60Hz e harmônicos). Nos primeiros estudos, foi utilizado um equipamento da Eletrosul, fabricado pela YOKE, mas de altíssimo custo (em torno de R$300.000,00). Devido a este elevado custo, decidiu-se por desenvolver algo que fosse específico para o caso, o que trouxe uma grande vantagem, primeira quanto ao custo e depois porque foi possível projetá-lo de acordo com as necessidades específicas do projeto.

2.3 Verificação durante ajuste

Com o objetivo de verificar a capacidade de percepção do sistema de um defeito, foi realizada uma leitura durante a manutenção (ajustes) de uma seccionadora de outro modelo, e verificou-se que durante seu fechamento, a mesma estava desajustada no momento do fechamento dos contatos. Observou-se um agarramento no final do seu curso, ponto exato em que a mesma engasta no contato. A chave seccionadora foi ajustada de forma a não mais forçar nos contatos, pois o fim de curso estava levemente desajustado e reduziu significativamente sua corrente neste ponto como podemos observar nos anexos 7 e 8. Vale lembrar que este foi na realidade o primeiro teste realizado, antes mesmo de se desenvolver o protótipo, e estes dados foram coletados com um aparelho especial da Eletrosul cujo valor para compra é muito alto em comparação à necessidade, mas que serviu de amostra para determinar valores tais como freqüência máxima de amostragem, e precisão necessária, antes de projetar o protótipo. Leituras foram realizadas com este objetivo, mas não entendemos ser importante acrescer nesta dissertação.

2.4 Verificação do estado das chaves seccionadoras 673 138kv

Foram realizados vários comandos de abertura e fechamento nas chaves seccionadoras e utilizado o método que aqui já denominamos de ASCM (Análise da Seccionadora pela Corrente do Motor) para análise durante os testes da CS 673, no primeiro comando elétrico, a mesma desligou no meio do curso indevidamente. Surgiu então a dúvida se o problema era proveniente de defeito de intertravamento elétrico ou algum travamento mecânico. Observa-se então pela análise dos gráficos do anexo 9 que a falha se deu após um aumento significativo da corrente do motor: Pode-se observar que na parada no meio do curso de fechamento houve um aumento de corrente significativo, maior até mesmo que a corrente de partida. OBS: A coleta dos dados foi na entrada da alimentação geral e pode estar coletando também o consumo dos relés quando atracam. Observe que ao final de cada comando existe uma pequena curva que é referente aos relés realizando as comutações finais.

2.4.1 Chega-se então aos possíveis defeitos:

2.4.1.1 Poderia ter ocorrido um pequeno travamento das engrenagens internas dos redutores, pois a presença de pó e principalmente de insetos mortos nas engrenagens era considerável.

2.4.1.2 Poderia também ter ocorrido uma queda de tensão que viesse a provocar este desligamento devido à perda do contato de selo elétrico do relé, e durante esta queda de tensão, teríamos um aumento significativo de corrente sem atuação do relé térmico, mas aqui ficam os seguintes questionamentos: a) Que queda de tensão poderia ocorrer a ponto de desenergizar um relé e aumentar tanto a corrente do motor? b) Como poderíamos ter este fato numa subestação, onde podemos afirmar que temos uma barra infinita? c) Porque não foi necessário executar o reset do relé térmico do motor?

3. CHAVE FUSÍVEL

3.1 Distribuição modelo “dhc” (anexo 12)

A chave fusível DHC é utilizada para proteção de equipamentos e ramais das redes de distribuição de energia. O porta-fusível foi desenvolvido para interromper correntes de alta intensidade. Pode ser utilizado para manobras com corrente de até 300 A, substituindo o porta fusível por uma lâmina desligadora, nosso modelo “LD”. Projetados de acordo com as normas ABNT / ANSI / IEC.

3.1.1 Características construtivas:

• Isolador de porcelana conforme normas ABNT, ANSI e IEC.
• Contato principal em cobre eletrolítico prateado.
• Conectores paralelo estanhado, cabo 10 a 120mm².
• Gancho para operação com ferramentas de abertura em carga.
• Partes ferrosas galvanizadas a quente.

3.1.2 Acessórios

• Ferragem de fixação de acordo com as normas ABNT / ANSI / IEC. Podemos ver sua configuração e montagem nos anexos 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 e 21.

3.2 Fusíveis limitadores hh tipo drval (anexo31, 32)

Os fusíveis tipo DRVAL são limitadores de corrente e de alta capacidade de ruptura. A propriedade de limitação de corrente de falha e suas excepcionais características construtivas tornam os fusíveis HH tipo DRVAL um meio eficiente e preciso na proteção de redes de distribuição, transformadores, cabos, motores, capacitores e outras cargas, minimizando os esforços térmicos e dinâmicos, provenientes das correntes de curto-circuito, permitindo a utilização de equipamentos de construção mais leves.

3.2.1 Construção

Os fusíveis do tipo DRVAL são constituídos por: 1- Tubo de porcelana com alta resistência contra esforços térmicos e mecânicos. 2- Elemento fusível com um número variável de fitas de prata associado ao sistema de múltiplas câmaras de extinção e imerso em areia de quartzo, altamente isolante, a qual possui as propriedades necessárias ao resfriamento e extinção do arco. 3- Pino percursor (striker-pin) com mola que permite entre outras utilizações um controle visual quando o fusível queimar. Os fusíveis podem ser utilizados em instalações abrigadas ou ao tempo.

3.2.2Normas

Os fusíveis DRVAL são construídos conforme as seguintes normas:

• IEC 282.
• VDE 0670 parte 4
• ABNT NBR 8669
• Dimensões e força de impacto do percursor
• (striker-pin), de acordo com DIN 43625.
• X = Até 63A 60mm
• Acima de 63A 85mm 4. SECIONADORA UNIPOLAR MODELO “DP”(anexo 22)

5. SECIONADOR TRIPOLAR DUPLA ABERTURA LATERAL MODELO

“DL”(anexo 25)

Secionadores tripolares para aplicação em subestações de geração, transmissão e distribuição utilizados para manobras. Operação simultânea nas três fases com três colunas de isoladores, sendo um rotativo. Operação da lamina principal seca ou rotativa. Concepção universal de alta versatilidade padronizada pelas normas ABNT, ANSI e IEC.

5.1 Isoladores Fornecidos nas opções: Pedestal, Station Post ou Multicorpo.

5.2 Mecanismo de operação Comando manual por alavanca ou redutor. Comando motorizado (várias tensões disponíveis)

5.3 Opcionais Contatos auxiliares, intertravamento elétrico, intertravamento mecânico e cadeado Kirk.

5.4 Fornecimentos especiais (opcionais) Restritor de arco (Chifres) para transferência de barras conforme normas ABNT e IEC. Retristor de arco (Chifres) para correntes induzidas na lâmina de terra conforme normas ABNT e IEC. Opções de montagem: horizontal, vertical e invertida. Fácil instalação e ajuste em obra. Podemos ver sua configuração e montagem nos anexos 25 e 26.

6. SECIONADOR TRIPOLAR

6.1 De abertura vertical reversa modelo “avr” (anexo 27)

Secionadores tripolares para aplicação em subestações de geração, transmissão e distribuição, utilizados para manobras. Operação simultânea nas três fases com três colunas de isoladores, sendo um rotativo. Concepção universal de alta versatilidade padronizada pelas normas ABNT, ANSI e IEC.

6.1.1 Isoladores

Fornecidos nas opções: Pedestal, Station Post ou Multicorpo.

6.1.2 Mecanismo de operação

Comando manual por alavanca ou redutor (várias tensões disponíveis). Comando motorizado

6.1.3 Opcionais

Contatos auxiliares, intertravamento elétrico, intertravamento mecânico e cadeado Kirk.

6.1.4 Fornecimentos especiais (opcionais)

Restritor de arco (Chifres) para transferência de barras conforme normas ABNT e IEC. Restristor de arco (Chifres) para correntes induzidas na lâmina de terra conforme normas ABNT e IEC. Opções de montagem: horizontal, vertical e invertida. Fácil instalação e ajuste em obra. Podemos ver sua configuração no anexo 28.