(Parte 1 de 2)

CELPE

TECNOLOGIA DOS EQUIPAMENTOS

CTDG

CHAVE FUSÍVEL INDICADO MONOPOLAR

SUMÁRIO

  1. Introdução ..........................................................................................................................................

02

  1. Partes componentes ...........................................................................................................................

02

    1. Isolador .....................................................................................................................................

03

    1. Gancho para abertura em carga ................................................................................................

05

    1. Articulação ...............................................................................................................................

06

    1. Cartucho ou porta-fusível .........................................................................................................

06

    1. Terminal superior .....................................................................................................................

08

  1. Características elétricas ....................................................................................................................

08

  1. Elos fusíveis .....................................................................................................................................

09

    1. Características mecânicas ........................................................................................................

10

    1. Características elétricas ...........................................................................................................

11

    1. Tabelas de elos fusíveis ..........................................................................................................

12

  1. Aspectos de segurança das chaves fusíveis .....................................................................................

13

    1. Da manobra ...................................... ......................................................................................

13

    1. Dos critérios de segurança adotados por concessionária para manobras de chaves fusíveis em carga ...................................................................................................................................

14

    1. Da aplicação .................... .......................................................................................................

15

    1. Da manutenção ........................................................................................................................

15

  1. Manobra de chaves fusíveis .............................................................................................................

16

    1. Tarefas preliminares ................ ...............................................................................................

16

    1. Abertura de chave fusível sem dispositivo para abertura em carga..........................................

18

    1. Abertura de chave fusível com dispositivo para abertura em carga .........................................

19

    1. Fechar fusível de distribuição ..................................................................................................

21

Bibliografia ..............................................................................................................................................

22

1Introdução

A chave fusível é um equipamento cuja função é proteger os circuitos primários contra sobrecorrentes originadas por sobrecargas, curto-circuitos, dentre outros. É utilizada nas redes aéreas de distribuição urbana e rural, bem como em pequenas subestações sejam elas do consumidor ou de concessionária de energia elétrica. Como o próprio nome indica, um elemento fusível integra o equipamento e é o principal responsável pelas características básicas do seu princípio de funcionamento.

Também denominada de corta-circuito, a chave fusível tal como todo dispositivo de proteção, poderá ser solicitado a operar em condições de defeito, neste caso é essencial que o equipamento opere rapidamente e que sua capacidade de interrupção de corrente de defeito seja compatível com o sistema onde está instalado.

São fabricadas para diversos níveis de tensões e correntes nos mais variados modelos, como por exemplo as apresentadas nas figuras 1.1 e 1.2.

2Partes componentes

A chave fusível se compõe das seguintes partes:

  • isolador;

  • gancho para abertura em carga;

  • articulação;

  • cartucho ou porta-fusível;

  • terminal superior.

A seguir são apresentadas as características mecânicas destas partes.

2.1Isolador

Normalmente os isoladores das chaves fusíveis são de porcelana vitrificada. Dependendo das suas características a chave pode ter seu isolamento caracterizado por um isolador de corpo único ou dois isoladores constituindo-se no isolamento do tipo pedestal.

2.1.1Isolador de corpo único

Estes tipos de isoladores geralmente são empregados nas chaves fusíveis que irão integrar a proteção dos sistemas de distribuição cujas intensidades de correntes nominais não sejam superiores a 200 A. A figura 2.1 mostra os detalhes construtivos.

Tendo em vista as solicitações eletromecânicas que são impostas ao equipamento durante as operações abertura e fechamento, o seu isolador dever possuir uma resistência mecânica capaz de suportar o impacto mecânico decorrente destas operações sejam em condições normais ou de defeito no sistema elétrico a proteger.

Figura 2.1

2.1.2Isolamento do tipo pedestal

Constituído por dois isoladores apoiados sobre uma base metálica de fixação do corpo da chave a estrutura da rede de distribuição ou subestação - figura 2.2 e 2.3.

De acordo com Mamede Filho (1994), há algumas aplicações específicas em redes de distribuição e em subestações de força em 69 kV, para estes tipos de chaves fusíveis, como por exemplo a montagem em tandem com secionador unipolar, em que são utilizados três colunas de isoladores do tipo pedestal, conforme mostrado na Fig. 2.4 e 2.5. Nestes casos, sua freqüente utilização ocorre em subestações para garantir a manutenção de disjuntores e religadores automáticos, sem que haja a interrupção no fornecimento de energia elétrica e perda da proteção do sistema.

2.2Gancho para abertura em carga

Considerando que as chaves fusíveis não possuem mecanismos de extinção do arco elétrico para operação por intervenção humana, estas não devem ser operadas em carga. Por outro lado, utilizando-se a ferramenta loadbuster, pode-se operar a chave fusível com o circuito em plena carga, desde que sejam respeitados os limites da ferramenta mencionada. A operação de chaves fusíveis sem o uso emprego da ferramenta loadbuster só é tolerável quando a mesma está apenas submetida à tensão, o que é feito normalmente pelas concessionárias.

O loadbusteré uma ferramenta concebida para ser acoplada aos terminais de chaves cuja concepção de operação não é para abertura em carga. Tomando-se como base a abertura de uma chave fusível e as figuras 2.6 e 2.7, descreveremos a seguir o seu princípio de funcionamento.

  • Ao acoplar o loadbuster a chave fusível conforme a figura 2.6, a corrente elétrica divide-se entre a ferramenta e a própria chave.

  • Ao realizar o primeiro movimento da alavanca da ferramenta loadbuster com a vara de manobra, abre-se a chave fusível, sem, no entanto, desconectar os contatos internos do loadbuster, permitindo que toda a corrente da fase correspondente circule apenas por ele conforme a figura 2.7.

  • Num segundo movimento da vara de manobra, os contatos internos do loadbuster são abertos no interior da câmara de extinção de arco elétrico, normalmente cheia de Hexafluoreto de Carbono (CF6) ou outro meio extintor, completando assim, a operação da chave fusível, com o circuito em carga.

Figura 2.6 Figura 2.7

2.3Articulação

As chaves fusíveis são dotadas de um sistema de articulações que exerce uma função fundamental na operação da chave fusível. Ao se engatar o cartucho ou porta-fusível na articulação, o elo fusível que está fixado à extremidade superior do cartucho permite que o sistema de mola existente na articulação pressione o mesmo para cima. Quando se fecha a chave, a parte superior do cartucho penetra na extremidade superior da chave fusível com determinada pressão provocando o seu engate. O detalhe Nº 1 da figura 2.1 corresponde à articulação em estudo.

Ao ser submetida a presença de uma sobrecorrente o elo fusível aquece e rompe protegendo o sistema elétrico. Uma vez rompido o elo, o sistema de mola da articulação relaxa a pressão exercida para cima fazendo com que seja perdida a pressão de conexão entre a parte superior do cartucho e chave fusível. A perda da pressão superior associada a pressão exercida pelos gases liberados no interior do cartucho durante o rompimento do elo, provoca a sua abertura e o seu deslocamento descendente.

As principais partes da articulação são as enumeradas a seguir.

  1. Limitador de recuo

Tem a função de manter o cartucho unido diretamente ao corpo da chave, transmitindo os esforços de recuo às braçadeiras onde serão absorvidos.

  1. Limitador de abertura de 180º

É destinado a não permitir que o cartucho atinja a estrutura adjacente inferior durante a sua abertura.

  1. Batentes dos contatos

Têm a função de proteger os contatos contra danos por impactos e contra deformações permanentes.

  1. Amortecedor

Tem a função de suavizar o impacto da operação de abertura do cartucho. Durante a abertura, o cartucho realiza seu deslocamento descendente até cerca de 70º de sua trajetória sem obstáculos. A partir deste ponto, o cartucho entra em contato direto com o amortecedor que atenua o impacto resultante.

2.4Cartucho ou porta-fusível

Consiste de um tubo de fibra de vidro ou fenolite revestido internamente. O revestimento interno além de proporcionar maior resistência ao tubo é a principal substância geradora dos gases destinados à extinção do arco elétrico durante o processo de interrupção da corrente. Quando a chave fusível opera em serviço, as altas temperaturas do arco elétrico provocam um pequeno desgaste no revestimento interno do tubo, porém suas características eletromecânicas permanecem inalteradas durante muitas operações, figura 2.8 e 2.9.

Há dois tipos de cartucho, a saber:

  • tipo 1 – cartucho com expulsão dos gases por uma única extremidade, a inferior, figura 2.10.

  • tipo 2 – cartucho com expulsão dos gases pelas duas extremidades, figura 2.10,

no cartucho do primeiro tipo as forças resultantes durante a operação da chave são bastante elevadas e transmitidas a todo corpo da chave, isto é: isolador, ferragens e estrutura. No cartucho do segundo tipo, a expulsão dos gases pelas duas extremidades alivia as forças resultantes ocasionadas pela operação automática de interrupção da corrente elétrica.

E

Figura 2.10

m termos de segurança do pessoal e proteção do sistema elétrico, atenção especial deve ser dispensada ao dimensionamento físico do cartucho das chave fusível, tendo em vista que é função da capacidade de ruptura desejada, ou seja, se uma chave fusível é aplicada num ponto do sistema, onde o nível curto-circuito, é superior à capacidade de ruptura ou de interrupção da chave, o cartucho não suportará as forças resultantes e explodirá provocando danos à chave, ao sistema elétrico, podendo inclusive atingir pessoas.

Após a operação da chave, o cartucho fica suspenso na sua extremidade inferior. Esta particularidade tem uma importância significativa na prática de manutenção de redes, uma vez que serve como elemento de indicação de atuação do dispositivo, permitindo uma fácil identificação do local onde ocorreu a interrupção do sistema, mesmo a uma certa distância da estrutura em que está instalada.

2.5Terminal superior

É constituído de:

  1. Tranca do contato

Tem as seguintes funções:

  • impedir a abertura acidental da chave;

  • permitir a abertura controlada da chave;

  • evitar a queima dos contatos principais durante uma interrupção normal;

  • reduzir a queima dos contatos principais quando a chave é fechada em condições de curto-circuito;

  1. Guarda do contato

Sua função é guiar o cartucho durante o fechamento da chave, bem como proteger os contatos principais contra avarias durante o manuseio e operação da mesma.

  1. Contatos principais

Geralmente são de liga de cobre com elevada resistência aos efeitos térmicos da corrente de curto-circuito. Seu desenho é concebido para permitir sua autolimpeza durante as operações de abertura e fechamento da chave garantindo a manutenção da baixa resistência de contato e, conseqüentemente a ausência de pontos quentes na rede associados a quedas de tensão e desgaste precoce da chave fusível.

Obs: como a tecnologia empregada na fabricação das chaves fusíveis varia de fabricante para fabricante, algumas delas não possuem todo os componentes anteriormente citados, entretanto em todos os casos são respeitadas as especificações previstas em norma.

3Características elétricas

As chaves fusíveis são caracterizadas por:

  1. sua tensão nominal;

  2. intensidade de corrente nominal;

  3. capacidade de ruptura em quiloampères.

A tabela 3.1 apresenta as principais características da chave fusível de distribuição. Os dados desta tabela foram extraídos da NBR8124 (Chave fusível de distribuição) que fornece todos os elementos necessários à respeito destes equipamentos. Observe que as chaves fusível são classificadas de acordo com sua base que pode ser do tipo A, B ou C. As bases do tipo A e B corresponde as das figuras 1.1 e 1.2 ao passo que a do tipo C corresponde a figura 2.1 e 2.3.

Tabela 3.1 – Características técnicas das chaves fusíveis – NBR 8124

BASE

PORTA-FUSÍVEL

TENSÃO SUPORTÁVEL

(nominal em kV)

Tipo

Tensão máxima do equipamento em (kV)

Corrente nominal em (A)

Corrente nominal em (A)

Capacidade de interrupção

Impulso atmosférico (valor de crista)

Freqüência industrial a seco e sob chuva (1 min.)

Assim. em (A)

Simet. em (A)

(1)

(2)

(1)

(2)

A

15

100

50

1.250

900

95

110

30

35

B

15

100

100

2.000

1.400

95

110

30

35

4.000

2.800

95

110

30

35

10.000

7.100

95

110

30

35

C

15

200

200

10.000

7.100

95

110

30

35

A

25,8

100

50

1.250

900

125

140

36

42

B

25,8

100

100

2.000

1.400

125

140

36

42

C

38

100

200

4.000

2.800

125

140

36

42

6.300

4.500

125

140

36

42

5.000

3.500

150

165

60

66

  1. – A terra é entre pólos

  2. – Entre contatos abertos

4Elos fusíveis

O

Figura 4.1

fusível é um dispositivo de proteção que tem a função de interromper a corrente de um circuito quando a mesma excede determinados valores. O intervalo de tempo para sua abertura é inversamente proporcional à intensidade da referida corrente.

O elo fusível é composto de um elemento fusível central e dois fios de aquecimento em série. O elemento fusível tem a finalidade de romper-se com uma pequena sobrecorrente, desde que sua permanência seja prolongada.– figura 4.1.

Não é permitido o emprego de materiais ferrosos nas partes condutoras de corrente do elo fusível, bem como cromar, cadmiar ou niquelar. Os materiais empregados devem ser àqueles cujas características físico-químicas não sejam alteradas do modo permanente com o tempo, pelo ambiente ou pela corrente normal de operação do circuito. Um material apropriado e que obedece a estas características é uma liga de estanho com ponto de fusão em torno de 230º C. Por outro lado, o chumbo que é largamente empregado como fusível em baixa tensão, não deve ser utilizado como elo fusível, devido a não possuir a necessária dureza para evitar deformações permanentes.

4.1Características mecânicas

Os elos fusíveis até 100 A devem ter o elemento fusível protegido por um tubo de material isolante, geralmente fenolite, para evitar que o arco destrua o cartucho da chave fusível.

Existem dois tipos diferentes de elos fusíveis, cada um com sua aplicação específica.

(Parte 1 de 2)

Comentários