Disjuntor a óleo: tipos, marcação + especificações de uso

Entre os equipamentos de comutação, um lugar de honra, como um veterano, é ocupado pelo interruptor a óleo, utilizado tanto em subestações fechadas quanto abertas de qualquer tensão.

Sua função principal é ligar-desligar linhas individuais de um sistema elétrico em operação normal ou em situações anormais. O desligamento, dependendo das circunstâncias, ocorre automaticamente ou manualmente.

Neste artigo, vamos examinar os tipos existentes desses dispositivos, sua classificação e marcação. Também daremos atenção aos prós e contras desses interruptores, às características e regras de uso. Para melhor compreensão do material, selecionamos esquemas, tabelas, fotos ilustrativas e análises temáticas em vídeo.

Prós e contras dos interruptores a óleo

Estes dispositivos possuem uma construção relativamente simples. Eles têm boa capacidade de interrupção, não dependem das condições climáticas. Em caso de falhas, é possível realizar reparos. Os MVs de tanque são adequados para instalação externa. Existem condições para instalação de transformadores de corrente embutidos.

A velocidade de separação dos contatos desempenha um papel importante na operação do MV. Pode ocorrer uma situação em que os contatos se separam em alta velocidade e o arco atinge instantaneamente um comprimento crítico. Nesse caso, a tensão de restabelecimento pode não ser suficiente para perfurar o intervalo entre os contatos.

As desvantagens são maiores nos interruptores de tanque. A primeira é a presença de grande volume de óleo, consequentemente, grandes dimensões dessas unidades e subestações. A segunda é o risco de incêndio e explosão; em situações anormais, as consequências podem ser as mais imprevisíveis.

O nível de óleo tanto no tanque quanto nos terminais, bem como seu estado, deve ser mantido sob controle periódico. Na presença de MVs nas redes de fornecimento de energia atendidas, é necessário ter uma infraestrutura especial de óleo.

Na foto, o interruptor a óleo VMG. Ele pode interromper quaisquer correntes de carga e curto-circuito, incluindo a corrente de interrupção limite. Este tipo é amplamente utilizado em subestações transformadoras.

Classificação dos interruptores a óleo

O uso de interruptores a óleo começou no final do século retrasado. Quase até meados do século XX, não existiam outros dispositivos de interrupção em redes de alta tensão.

Existem dois grandes grupos destes aparelhos:

1. Tanques, que se caracterizam por ter um grande volume de óleo. Para este equipamento, o óleo atua tanto como o meio onde o arco é extinto quanto como isolamento.
2. Pouco óleo ou baixo volume. O próprio nome já indica a quantidade de enchimento. Esses disjuntores contêm elementos dielétricos, e o óleo aqui é necessário apenas para a extinção do arco.

Os primeiros são usados principalmente em subestações de distribuição de 35 a 220 kV. Os segundos, até 10 kV. Os disjuntores de pequeno volume de óleo da série VMT também são usados em subestações externas projetadas para 110 e 220 kV.

O princípio de extinção do arco é idêntico em ambos os tipos. O arco que surge quando os contatos de alta tensão do disjuntor se abrem causa a rápida evaporação do óleo. Isso resulta na criação de uma camada de gás ao redor do arco. Essa formação consiste em vapores de óleo (cerca de 20%) e hidrogênio (H2).

A lacuna do arco é desionizada devido ao rápido resfriamento do tronco do arco, pela mistura de gases de alta e baixa temperatura na camada.

No momento do surgimento do arco na zona de contato, a temperatura é muito alta — cerca de 6000⁰. Dependendo da instalação, existem disjuntores usados para aplicação interna, externa, e também para uso em KRP — painéis de distribuição compactos.

Tipo #1 — equipamento do tipo tanque

O equipamento de comutação deste tipo pode ter um ou mais tanques, dependendo da tensão. No primeiro caso, é até 10 kV, em alguns casos até 35. Cada fase dos disjuntores que operam em instalações de alta tensão é colocada em um tanque individual.

Todos os disjuntores do tipo tanque têm aproximadamente a mesma configuração. O tanque de aço nas entradas com óleo abriga as câmaras de extinção do arco. Os contatos externos são conectados por uma travessa.

Os acionamentos tanto para disjuntores tipo tanque quanto para de pequeno volume de óleo podem ser manuais, automáticos montados na bobina de fechamento do solenoide ou a mola. No segundo caso, utiliza-se a propriedade magnética do solenoide, que permite puxar o núcleo metálico, conectado por meio de um sistema especial ao eixo do disjuntor a óleo (DO).

Ao aplicar corrente contínua elétrica na bobina do solenoide, a unidade é ligada pela retração da haste do circuito magnético, seguida pela rotação do eixo do disjuntor.

Uma trava especial mantém o eixo nessa posição. Simultaneamente com a ativação, o solenoide define uma posição específica para as molas de desligamento, que, ao receber um impulso elétrico especial, desligarão o disjuntor a óleo (DO).

O processo de desligamento é acionado por um segundo solenoide, que empurra o mecanismo de roletes (trava). Como resultado, o eixo gira instantaneamente devido à mola e ocorre o desligamento. Para o funcionamento do acionamento solenoide, é necessária uma bateria para alimentá-lo com corrente contínua.

Quando a bateria está ausente, utiliza-se um acionamento por mola. A ativação é realizada usando um motor elétrico ou por esforço muscular. O desligamento manual é possível para unidades de baixa potência com correntes de curto-circuito de até 30 kA, para as quais é necessário aplicar força máxima de 25 kg.

Disjuntor de óleo monobloco com arco aberto

Em alguns quadros de distribuição, são instalados disjuntores de tanque que não possuem câmaras de extinção de arco. Aqui, o arco elétrico é extinto da maneira mais simples — por meio de uma dupla ruptura de contatos em um tanque cheio de óleo. Esses dispositivos de arco aberto incluem os modelos nacionais VMB e VME. Eles são classificados para corrente nominal de 1,25 kA.

Esquema do VME-6-200. A construção consiste em tanque (1), tampa (2), isoladores de porcelana (3), contatos fixos (4), contatos móveis (5), traverse (6), contatos de extinção de arco (7), placas (8), mola (9), eixo (10).

O símbolo «E» designa escavadeira, o número 6 — tensão nominal de 6 kV, 200 — corrente nominal em amperes. A corrente limite de interrupção para este disjuntor de óleo é de 1,25 kA. O tanque deste disjuntor é feito de aço e conectado à tampa de ferro fundido por meio de parafusos. As paredes do tanque são cobertas com isolamento (13).

Seis isoladores de porcelana que passam pela tampa terminam em grampos de cobre que funcionam como contatos de trabalho fixos. A série VME possui acionamento manual por volante.

Na traverse ou ponte de contato estão os contatos móveis. Aqui também estão localizados os contatos móveis de extinção de arco na forma de cantoneiras de latão. As placas de cobre com pontas de latão localizadas na parte inferior nas extremidades dos isoladores são os contatos fixos de extinção de arco. A haste isolante, através do contato com o mecanismo de acionamento, transmite movimento aos contatos móveis.

Com a traverse na posição elevada, os contatos fixos estão fechados, a mola responsável pelo desligamento está comprimida, o disjuntor de óleo está ligado. O disjuntor está conectado ao eixo de acionamento da trava, que o mantém na posição de operação. Em qualquer desligamento, a trava é liberada, a mola se expande e a traverse desce rapidamente. Isso provoca a abertura sequencial dos contatos de trabalho: 4 e 5, depois 7 e 8.

Isso causa, em cada polo do disjuntor, a abertura do circuito em dois pontos, o aparecimento do arco e a decomposição do óleo. Dentro das envoltórias 12, a pressão atinge de 0,5 a 1 MPa, ativando assim o processo de desionização. Em no máximo 0,1 s, os arcos são extintos e as envoltórias, ao subir, ficam sob a tampa e aumentam o volume da almofada de ar.

Quando todas as fases do disjuntor de óleo estão em um único tanque, o óleo isola os contatos entre si e do corpo do tanque, que é obrigatoriamente aterrado.

Esta última atua como um amortecedor, reduzindo a força do impacto no processo de extinção do arco. A altura normal da almofada de ar é de aproximadamente 25% do volume. Exceder este limite pode causar explosão.

Esses disjuntores são simples de operar, relativamente baratos e convenientes para uso em subestações abertas. Mas os vapores quentes de óleo, mesmo em simples contato com oxigênio, inflamam-se facilmente.

A queima do arco em meio oleoso inicia o processo de policondensação, o que deteriora a rigidez dielétrica do óleo. O tanque é obstruído por sedimentos compostos de partículas de carbono. Portanto, são necessárias revisões do conjunto com troca de óleo.

Disjuntores a óleo com câmara de extinção de arco

A capacidade de interrupção e a confiabilidade dos disjuntores do tipo tanque são significativamente aumentadas pela presença da câmara de extinção de arco. Ela é colocada no óleo dentro do tanque. Em disjuntores de três tanques, cada fase é disposta em um tanque separado.

Um polo de um disjuntor de tanque em corte. Ele é equipado com uma câmara de extinção de arco C -35 – 630 – 10. A marcação indica que o disjuntor é destinado para instalação em subestações de 35 kV e acima, projetado para corrente nominal de 630,4 kA, capacidade de interrupção nominal de 10 kA.

A construção é mais complexa do que a dos disjuntores a óleo sem câmaras de extinção de arco e consiste em:

• polo (1);
• transformador de corrente (2);
• corpo do acionamento (3);
• haste (4);
• contato fixo (5);
• câmara de extinção de arco (6);
• isolamento (7);
• elemento de aquecimento (8);
• dispositivo de drenagem de óleo (9).

A parte superior da câmara é equipada com um contato fixo. Ao ser ligado, um contato móvel em forma de haste penetra nele. No caso de desligamento, a haste sai do contato fixo, resultando no aparecimento de um arco na câmara. A magnitude da pressão gerada neste processo é uma ordem de grandeza superior ao parâmetro correspondente dos disjuntores não equipados com câmara de extinção de arco.

A pressão de 8-7 MPa reduz o diâmetro do arco, aumenta a rigidez dielétrica do intervalo após a corrente passar pelo zero. Como resultado, ocorre um processo mais rápido de extinção do arco. Após a saída do contato móvel da câmara, através de um orifício livre, ocorre a exaustão de gases com arraste parcial de óleo.

O corpo do arco é rapidamente resfriado, ocorre desionização intensiva. Com o aumento da corrente, a eficiência do funcionamento da câmara de extinção de arco aumenta. O disjuntor a óleo pode funcionar também como equipamento com arco aberto no caso de interrupção de correntes pequenas.

Além do aumento da pressão da mistura de vapor no intervalo do arco para acelerar a extinção do arco, utiliza-se um método como o sopro reforçado da mistura de vapor para a zona do arco. Existem sopro longitudinal, transversal e contracorrente.

O tipo de sopro automático é determinado pela construção da câmara de extinção de arco. No primeiro caso, o vetor da mistura de vapores tem direção longitudinal em relação ao eixo do arco (fragmento a). No sopro transversal, o fluxo se move em direção perpendicular ao eixo do arco ou em um determinado ângulo (fragmento b).

No caso em que o fluxo tem direção oposta ao vetor de movimento do contato móvel com o arco, ocorre o sopro contrário. Frequentemente, nos dispositivos de extinção de arco, são utilizadas combinações desses métodos.

O arco nos disjuntores de baixo volume de óleo é extinto em 3 etapas. Na primeira (a), ocorre a liberação de energia elétrica no arco e a geração de alta pressão no invólucro fechado. No momento em que a mistura sai do invólucro, começa a segunda etapa (b). A terceira (c) é a remoção dos restos de gases aquecidos e produtos de decomposição da câmara.

Na última etapa, a câmara é preparada para participar do próximo ciclo de desligamento. Para o religamento automático, esta etapa é extremamente importante.

Tipo #2 — interruptores de vaso ou de pouco óleo

Em instalações fechadas, os disjuntores de pote são usados como disjuntores de gerador e de distribuição. Em instalações abertas, como disjuntores de subestação e distribuição. O óleo não desempenha funções isolantes neste tipo de disjuntor; ele é necessário apenas como meio para extinção do arco.

O risco de incêndio e explosão dos disjuntores de baixo volume de óleo é significativamente menor do que o dos disjuntores de tanque. Eles são instalados tanto em subestações abertas quanto fechadas para tensões de até 110 kV. O papel de isolação dos polos entre si e em relação à terra é desempenhado por dielétricos como porcelana, resina moldada e esteatite.

O óleo nesses disjuntores ocupa apenas 3 a 4% do volume do polo. O pequeno volume de óleo, a baixa massa e as dimensões convenientes são vantagens indiscutíveis deste equipamento. No entanto, eles são utilizados em pontos do sistema onde não são exigidos altos requisitos dos disjuntores.

Essas limitações são explicadas pela forte relação entre a capacidade de interrupção e a corrente de corte, e pela inadaptação da construção para operar em condições de desligamentos frequentes.

Outra razão são as dificuldades na implementação de religamentos automáticos rápidos e múltiplos. Em disjuntores de baixo volume de óleo, são utilizados os seguintes tipos de sopro de óleo: transversal, longitudinal, misto. Especialistas consideram o primeiro como o mais eficaz.

Nos disjuntores deste tipo, destinados a subestações fechadas, os contatos são colocados em um recipiente de aço. Os disjuntores de tensão 35 kV e superior possuem invólucro de porcelana. O equipamento mais utilizado é o suspenso de 6-10 kV. Seu corpo é fixado em uma estrutura comum para todos os polos. Todos os três polos possuem uma câmara de extinção de arco, cada um projetado para uma interrupção de contatos, e para tensões mais altas, para 2 ou mais.

A construção dos disjuntores de pequeno volume de óleo inclui contatos móveis e fixos (1 e 3), câmara de extinção de arco (2), contatos de trabalho (4).

De acordo com o esquema apresentado, são fabricados os disjuntores VMP, VMG, MG, projetados para tensão até 20 kV. A peculiaridade da construção dos disjuntores para correntes de altas classificações é que os contatos de trabalho são colocados externamente, e os de extinção de arco, dentro do tanque.

Os disjuntores da série VMP são frequentemente usados em dispositivos fechados, bem como em KRU de 6-10 kV. Em quadros de distribuição blindados, são instalados disjuntores da série VK. Eles são equipados com acionamento eletromagnético ou a mola embutido, e são projetados para correntes de interrupção de 20 – 31,5 kA e para correntes nominais de 630 – 3150 A.

Os disjuntores de coluna, fabricados especialmente para KRU, possuem execução extraível. Em instalações de 35 kV, são instalados disjuntores VM do tipo coluna das séries VMK e VMUE. As RU de 110, 220 kV são equipadas com disjuntores da série VMT. O agregado possui uma base soldada, sobre a qual estão dispostos os três polos. O acionamento é a mola.

Na foto, o disjuntor VMT-110. Na imagem à esquerda são mostrados os componentes que o compõem: acionamento a mola (1), isolador de suporte do polo do disjuntor (2), dispositivo de extinção de arco (3), base (4), mecanismo de controle (5).

No lado direito da foto, é mostrado o módulo, onde: 1 — condutor de corrente, 2 — contato móvel, conectado ao condutor de corrente através de dispositivos de coleta de corrente. A câmara de extinção de arco é designada pelo número 3, o contato fixo — 5. Todo o mencionado está colocado dentro de um isolador oco (4) de porcelana. Dentro dele há óleo de transformador, e por cima, uma tampa (6).

A última é equipada com um manômetro para possibilitar o controle da pressão no módulo. Além disso, na tampa há um conjunto para enchimento com mistura de gás comprimido, uma válvula de escape automática, indicador de nível de óleo (8). O contato móvel e o dispositivo de controle estão ligados por hastes isolantes.

A execução construtiva do polo é idêntica para toda a série de disjuntores. Nos tanques MV para correntes nominais de 630 a 1600 A, há 5,5 kg de óleo; acima de 1600 até 3150 A inclusive, 8 kg.

Para aumentar a confiabilidade, na construção de disjuntores individuais são incluídos adicionalmente elementos de controle e proteção:

• eletroímãs de disparo;
• relés que atuam instantaneamente e com retardamento na corrente limite;
• relés de subtensão;
• contatos adicionais.

Dependendo da forma de disposição, existem disjuntores de pequeno volume de óleo com a câmara de extinção de arco localizada na parte inferior e a oposta — na parte superior. No primeiro caso, o contato móvel realiza movimento de cima para baixo; no segundo, ao contrário. A capacidade de interrupção destes últimos é maior.

Marcação dos interruptores a óleo

A decodificação da marcação aplicada pelo fabricante no disjuntor a óleo permitirá conhecer as informações principais sobre ele. Vamos analisar, por exemplo, a marcação do disjuntor VMG-133. O primeiro símbolo 'V' indica que se trata de um disjuntor.

Neste diagrama é apresentada a composição da designação convencional dos disjuntores de alta tensão, inclusive para equipamentos cheios de óleo.

O segundo — «M» indica o tipo de disjuntor, neste caso — de pequeno volume de óleo. A letra «G» determina a pertença a um tipo específico — do tipo pote. 133 — série MV.

Regras de operação do MV

O pessoal de manutenção, operadores e especialistas envolvidos na manutenção e operação dos disjuntores a óleo devem conhecer as instruções correspondentes, a estrutura e o princípio de funcionamento do equipamento.

Os trabalhadores que realizam a manutenção do MV, durante a operação, devem controlar:

1. A tensão atuante e a corrente de carga. Os valores não devem ultrapassar os limites dos valores tabelados.
2. A altura da coluna de óleo nos polos e a ausência de vazamentos.
3. A presença de lubrificação nas partes móveis. Os contatos podem perder a mobilidade e travar se a lubrificação dos elementos móveis se tornar espessa e suja.
4. O nível de poeira nos locais onde estão instalados os quadros de distribuição.
5. A conformidade das características mecânicas dos disjuntores em operação com as normas tabeladas.

Após cada desligamento devido a curto-circuito, é necessário inspecionar o equipamento. As informações sobre esses desligamentos são registradas em um diário especial. Deve haver obrigatoriamente um diário de defeitos para registrar informações sobre falhas identificadas durante a operação da unidade. O disjuntor que sofreu o desligamento devido a curto-circuito deve ser inspecionado.

Verifica-se se houve projeção de óleo. Se isso ocorreu, e em grande quantidade, indica um desligamento anormal devido a curto-circuito. O equipamento é retirado de operação e submetido a inspeção. Quando o óleo está escuro, é necessária a substituição. A viscosidade do óleo, que aumenta com a queda de temperatura, afeta negativamente a velocidade de abertura.

Às vezes, surge a necessidade de substituir a lubrificação antiga durante a reparação por uma nova: TSIATIM-221, GOI-54 ou TSIATIM-201.

Tabela com as características técnicas dos disjuntores a óleo. Se os valores reais não corresponderem aos de fábrica, a regulagem é realizada novamente.

Após a retirada do MV de operação, os isoladores de suporte, hastes e isolação dos tanques devem ser inspecionados cuidadosamente quanto à presença de trincas. A isolação muito suja deve ser limpa. A necessidade de reparação extraordinária surge após um certo número de curtos-circuitos.

A inspeção periódica (IP) é realizada mensalmente. Nela, observa-se o grau de aquecimento do disjuntor. A reparação corrente (RC) é realizada anualmente. Inclui trabalhos como verificação e correção de defeitos nos fixadores, cinemática do acionamento, nível de óleo e vedações. As peças de isolação também são verificadas quanto à sua integridade.

Após 3-4 anos de uma grande revisão, realiza-se a revisão intermediária (RI). Esta inclui todo o conjunto de trabalhos da revisão atual (RA) mais adicionalmente medições da resistência de transição dos polos e verificação dos parâmetros mecânicos e de velocidade.

Caso se identifique uma não conformidade das características controladas com os dados da tabela, o disjuntor é desmontado e são realizados o ajuste e o conjunto completo de ensaios de alta tensão.

Durante uma revisão extraordinária, geralmente tenta-se manter o ajuste anterior. Por esta razão, o disjuntor é desmontado minimamente. A periodicidade da grande revisão é de 6 a 8 anos. No seu escopo, inclui-se a inspeção geral, remoção dos cilindros do quadro, desconexão dos barramentos, reparo do acionamento, dos dispositivos de extinção de arco e dos contatos auxiliares.

Após tudo, realiza-se o ajuste, a pintura, a conexão dos barramentos e os ensaios. Toda a documentação é elaborada para os trabalhos.

Além dos disjuntores do tipo a óleo, utilizam-se outros dispositivos de interrupção em redes de alta tensão. Por exemplo, os disjuntores a gás SF6 e a vácuo. Em nosso site, existem outros artigos que detalham as características e o funcionamento destes tipos de disjuntores, bem como as particularidades da sua utilização:

• Interruptor a vácuo: dispositivo e princípio de funcionamento + detalhes da seleção e conexão
• Disjuntores a gás SF6: critérios de escolha e regras de conexão

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Dispositivo, tipos, finalidade e operação do disjuntor a óleo:

Visão detalhada do VMP-10:

Os disjuntores a óleo também atendem a todos os requisitos principais exigidos para disjuntores operando em condições de alta tensão. A maioria deles é segura e confiável em operação, garante o desligamento rápido e é simples de instalar. Apesar disso, os fabricantes se esforçam para garantir uma conformidade ainda maior com os requisitos impostos aos disjuntores a óleo.

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