Estudo de caso
TERNA S.p.A.
Por Gabriele Ribichini, Diretor Executivo, Dewesoft S.R.L., Itália

Os disjuntores são componentes críticos dos sistemas de distribuição de energia. Eles evitam danos aos componentes do sistema e à fiação quando a corrente no circuito elétrico ultrapassa os limites do projeto. O operador italiano do sistema de transmissão Terna S.p.A. queria verificar a função de comutação de um antigo disjuntor síncrono de alta tensão. Os sistemas de aquisição de dados Dewesoft e o software Power Analysis fizeram o trabalho.

high voltage switchers

A Terna S.p.A. é uma operadora do sistema de transmissão (TSO) com sede em Roma, Itália. Opera por meio da Terna Rete Italia, que administra a rede de transmissão de alta tensão italiana. Uma rede de 74.669 Km de linhas com 888 subestações elétricas e 4 centros de controle gerenciando 320 bilhões de kWh a cada ano. Essas redes distribuem eletricidade de alta tensão muitas vezes maior do que as tensões do consumidor, na Itália normalmente até 380 kV (CA).

O Sincronizador

Os disjuntores são dispositivos mecânicos de comutação capazes de fazer, transportar e interromper a corrente da rede em condições normais e anormais. Durante condições anormais, como quando um raio atinge uma torre de transmissão, os disjuntores isolam os componentes defeituosos do sistema para evitar danos adicionais. Idealmente, na condição fechada, um disjuntor deve funcionar como um condutor perfeito para garantir o fluxo de corrente ideal.

Um sincronizador é amplamente utilizado em disjuntores de alta tensão (AT) para evitar que o contato seja aberto ou fechado quando o fluxo de corrente for alto. A abertura de um fluxo de alta corrente levaria a arcos elétricos e reduziria a vida útil do contato.

O sincronizador, conhecendo os atrasos do atuador, observa a temporização da onda senoidal e dá um comando ao disjuntor em um instante mágico, calculado para ter uma corrente instantânea nula quando o contato se mover.

A mesma atuação é realizada em todas as três fases, com tempos diferentes, uma vez que as três ondas senoidais são deslocadas em 120 graus. 

Um instalador novinho em folha é calibrado para funcionar perfeitamente e preservar os contatos durante as operações, mas infelizmente, com o passar dos anos acontece que o tempo de abertura / fechamento dos contatos varia e pode resultar em acionamento na hora errada.

Objetivo do Teste

O objetivo deste teste funcional foi analisar um disjuntor HV síncrono mais antigo para verificar possíveis desvios da configuração inicial.

O equipamento de medição usado

The Dewesoft SIRIUSi-HS acquisition module ready to measure
Figura 1. O módulo de aquisição Dewesoft SIRIUSi-HS é extremamente compacto e robusto, projetado para operações de campo

O módulo integra funções de condicionamento de sinal, como seleção de acoplamento CA ou CC, ganhos programáveis, compensação de deslocamento (derivado de transdutores), filtros LP programáveis, excitação de sondas de corrente e muito mais, incluindo auto-reconhecimento da corrente das sondas e sensibilidade a usar.

Dentre as várias características, destaca-se o isolamento galvânico em 1600V canal a canal e canal ao solo (GND).

Conectando o Instrumento ao Sistema

As três tensões foram conectadas nos secundários dos transformadores de potencial com uma relação de conversão de 1: 3800, enquanto as três correntes foram interceptadas a jusante dos transformadores de corrente com uma relação de conversão de 1: 800.

Connecting the Dewesoft instrument to the power system with current camps
Figura 2. Conectando o instrumento ao sistema de energia.

Os dois sinais de comando - sinais de abertura e fechamento em 110Vdc - enviados pelo sincronizador para a chave também foram conectados.

Realizando o Teste

Um teste típico de fechamento de disjuntor pode ser dividido em três momentos distintos: a energização dos barramentos HV, o fechamento do disjuntor sem carga e a entrega em carga.

The graph of circuit breaker shows three distinct moments
Figura 3. O disjuntor - três momentos distintos: 1) a energização dos barramentos HV, 2) o fechamento do disjuntor em vazio e 3) a entrega em carga.

Energização dos barramentos HV

A energização das barras de alta tensão é medida por uma sequência de descargas de alta frequência com histórico de tempo.

A sequence of high-frequency discharges with a time history measures the energization of the HV bars
Figura 4. Uma sequência de descargas de alta frequência com um histórico de tempo mede a energização das barras HV.

Fechando a chave

Análise de Horários de Fechamento

A execução do teste de fechamento da chave mostra o sinal de comando que sobe para 117V em um determinado instante.

The switch closure test - the command signal is the green signal at the top
Figura 5. O teste de fechamento do switch - o sinal de comando é o sinal verde na parte superior.

A partir da tendência dos sinais de corrente, podemos medir o atraso de ativação igual a 163ms.

O detalhamento dos sinais de corrente no instante do fechamento evidencia uma tendência bastante nervosa, provavelmente devido ao desencadeamento de descargas com picos de corrente até 900A.

A detail of the current signals in the instant of closure highlights a nervous trend
Figura 6. Um detalhe dos sinais atuais no instante do fechamento destaca uma tendência nervosa.

A ausência de carga a jusante da chave é provavelmente a causa das distorções importantes dos sinais de corrente após o fechamento.

Distortions of the current signals following closure - comparing the three voltages and the three currents
Figura 7. Distorções dos sinais de corrente após o fechamento - comparando as três tensões e as três correntes.

Análise de comportamento do sincronizador

Uma análise detalhada do instante de comutação da chave destaca que o fechamento das três fases não ocorre em intervalos regulares e em instantes incorretos.

A análise mostra que a fase 12 (vermelho) é fechada quando a tensão instantânea V12 é cerca de 24kV, seguida pela fase 4 (após 4,33ms) quando a tensão instantânea V4 é cerca de 234kV e, finalmente, a fase 8 (após 1,89ms) quando a tensão instantânea V8 é -317kV.

Analysis of the switch switching instant highlights - the closure of the three phases does not occur at regular intervals and appears in incorrect instants
Figura 8. Análise dos destaques instantâneos de comutação - o fechamento das três fases não ocorre em intervalos regulares e aparece em instantes incorretos.

Esse comportamento causa arcos elétricos, claramente mostrados como picos no gráfico de correntes acima.

 Retorno na carga

Upon delivery, the current signals assume a regular shape
Figura 9. Após a entrega, os sinais atuais assumem uma forma regular.

Análise Fasorial

Uma análise fasorial destaca as incompatibilidades e desequilíbrios nas três fases.

A Figura a seguir mostra a tendência das primeiras tensões e correntes harmônicas (h = 1, f = 50,011Hz) com a chave fechada e sem carga.

Phasor analysis
Figura 10. Análise fasorial - pode ser repetida para qualquer harmônico.

Análise de Harmônicas

Enquanto uma análise harmônica destaca a presença de distorções importantes, que contribuíram para o alcance de PF 0,534

Harmonic analysis reveals distortions graph
Figura 11. A análise harmônica revela distorções.

Outros

Muitos outros parâmetros são calculados pelo DewesoftX Power Module, a tela padrão de análise de energia personalizável é mostrada abaixo.

The DewesoftX standard power analysis screen
Figura 12. A tela de análise de energia padrão DewesoftX.

Conclusão

Após os testes realizados, fica claro que o sincronizador em teste não está funcionando corretamente; o fechamento dos contatos não ocorre no momento certo causando descargas importantes com correntes de até 900A.

Além disso, o fechamento dos três contatos não ocorre em intervalos regulares, o intervalo de fechamento entre as fases 12 e 4 é de 4,33ms, enquanto entre as fases 4 e 8 o intervalo é de 1,89ms, um claro sintoma de mau funcionamento em caso de estado estacionário periódico trifásico.

A análise de fenômenos com os sistemas de aquisição de dados Dewesoft permite fácil verificação da exatidão da operação. É possível automatizar essa verificação com seqüências integradas no DewesoftX que orientam o operador de campo que não precisa necessariamente ser competente na tecnologia utilizada.

Uma verificação regular dos sincronizadores é fácil e suficiente para identificar aqueles com problemas de envelhecimento que requerem alguma manutenção para voltar à operação normal. Sincronizadores funcionando corretamente são importantes para preservar contatos caros de disjuntores de alta tensão.

Referências