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Principais características técnicas

Os ensaios de curto-circuito em equipamentos de potência são os que apresentam maior dificuldade prática para serem realizados com segurança e com adequada representação do que ocorre na vida operacional dos equipamentos. Eles requerem infraestruturas laboratoriais capazes de suportar efeitos térmicos e mecânicos resultantes dos níveis elevados de corrente elétrica envolvidos, além de espaço físico para os componentes e arranjos especialmente projetados para este tipo de ensaios, bem como fontes estáveis capazes de fornecer e sustentar os níveis de potência requeridos.

Área de ensaios de Alta Corrente:

Em operação desde 1981, esta área conta com capacidade nominal de 140 MVA, para ensaios com duração de até cinco segundos, e 21 MVA em regime permanente, com tensões de 110 V a 6000 V. A corrente elétrica máxima possível é de 230 kA, por até cinco segundos, e de 51 kA em regime permanente. Esta área é a única na América do Sul reconhecida pela Agência Nacional das Telecomunicações (Anatel) para ensaios de elevação de temperatura e de interrupção de corrente elétrica e de corrente de descarga em cabos OPGW (Optical Grounding Wires). Assim, não necessita de acompanhamento por órgãos certificadores ou avaliadores, já que os procedimentos técnicos utilizados foram desenvolvidos no Cepel em conjunto com fabricantes e concessionárias que utilizam OPGW em suas linhas de transmissão.

Área de ensaios de Alta Potência:

Em operação desde 1983, esta área conta com capacidade nominal de 1050 MVA para ensaios com duração de até um segundo. A operação desta área, no entanto, condiciona-se às normas operativas do sistema elétrico interligado brasileiro, por utilizar energia direta da rede por linha de transmissão cativa. Pelos níveis atuais de potência de curto-circuito disponíveis, é permitido ao Cepel utilizar até 750 MVA trifásicos durante 0,3 s, o que tem sido suficiente para atender a 95% dos casos de ensaios de potência demandados no Brasil. Especificamente para os ensaios de arco de potência em cadeia de isoladores, o Cepel tem capacidade para atender a cerca de 80% da demanda do país. Já em termos de níveis de tensão, o laboratório pode realizar ensaios trifásicos com tensões de até 60 kV e monofásicos, com tensões de até 100 kV.

Exemplos de ensaios realizados no LabAP

O Laboratório de Alta Potência tem a capacidade de realizar diversos ensaios normalizados ou de pesquisas experimentais, como os listados a seguir:

 

Ensaio de Verificação da Capacidade a Resistir a Curtos-Circuitos em Reguladores de Potência

Este ensaio verifica a suportabilidade de reguladores de tensão a curtos-circuitos com parâmetros (valor de corrente, fator de assimetria, posição da assimetria) ajustados para representar as condições mais severas relativas a este fenômeno. Aplicam-se três curtos-circuitos, dois simétricos e um assimétrico, em cada polaridade do regulador, e entre cada aplicação todos os taps devem se comutados até a posição oposta e retornar sem problemas. Os critérios para aprovação do equipamento são:

  1. i) as medições elétricas durante o ensaio não podem revelar condições de falha;
  2. ii) não pode haver nenhuma constatação de defeitos significativos na inspeção da parte ativa após o ensaio;

iii) a variação de indutâncias antes e após o ensaio deve estar dentro da tolerância definida em Norma (que varia conforme a potência e o tipo de construção do equipamento), e

  1. iv) o equipamento deve apresentar desempenho satisfatório nos ensaios dielétricos após o ensaio de curto-circuito.

Ensaio de Arco Elétrico Devido à Falha Interna em Cubículo

Este ensaio verifica se o projeto do cubículo está adequado no que se refere à proteção de pessoas posicionadas ao seu redor durante a ocorrência de uma falha interna. Para a realização deste ensaio, o cubículo é instalado no laboratório de forma a representar a condição do seu local de utilização, montado em um sobre piso para conexão de cabos, com todas suas partes inacessíveis tendo anteparas e, se for projetado para uma subestação coberta, com um teto falso simulando a mesma distância. Nas partes acessíveis ao redor do cubículo são instalados indicadores contendo tecidos que simulam a sensibilidade térmica da pele humana a distâncias normalizadas. Os critérios de aprovação do equipamento são:

  1. não abertura de portas, tampas ou coberturas;
  2. não arremesso de partes metálicas do equipamento;
  • não abertura nos lados acessíveis até uma altura de 2m;
  1. não inflamação dos indicadores devido ao efeito de gases quentes, e
  2. todos os isoladores e conexões de aterramento devem permanecer íntegros.

Ensaio de arco interno em cubículo

Curto-Circuito em Transformadores

Este ensaio verifica a suportabilidade de transformadores a curtos-circuitos com parâmetros (valor de corrente, fator de assimetria em uma das fases, posição da assimetria nas fases) ajustados para representar as condições mais severas relativas a este fenômeno. O ensaio pode ser feito tanto de forma monofásica quanto trifásica. Aplicam-se nove curtos-circuitos, três em cada tap, invertendo a polaridade entre cada aplicação para desmagnetizar o núcleo. Os critérios de aprovação do equipamento são:

  1. as medições elétricas durante o ensaio não podem revelar condições de falha;
  2. não pode haver nenhuma constatação de defeitos significativos na inspeção visual;
  • a variação de indutâncias antes e após o ensaio deve estar dentro da tolerância definida em Norma (que varia conforme tipo de construção do equipamento), e
  1. deve apresentar desempenho satisfatório nos ensaios de rotina após o ensaio de curto-circuito.

Ensaio de Supercondutividade

Este ensaio de pesquisa experimental avalia o desempenho de limitadores de corrente de curto-circuito com materiais supercondutores. Estes materiais supercondutores, em regime permanente, apresentam resistência elétrica próxima de zero. No entanto, durante um curto-circuito, esta resistência transita para valores elevados, reduzindo a corrente que um disjuntor precisaria interromper e diminuindo os esforços eletromagnéticos e eletromecânicos.

P&D sobre Limitador de Corrente Supercondutor

Ensaio de Curto-Circuito em Painéis de Baixa Tensão

Este ensaio verifica a suportabilidade de painéis de baixa tensão a curtos-circuitos, com parâmetros (valor de corrente, fator de assimetria em uma das fases, posição da assimetria nas fases) ajustados para representarem as condições severas e normalizadas às quais o equipamento poderá estar sujeito. O ensaio é usualmente trifásico, dado que raramente os painéis são fabricados para utilização monofásica. Aplicam-se curtos-circuitos nos compartimentos em que se deve ensaiar o painel. Dentre os vários critérios de aprovação do equipamento, podem ser citados:

  1. não haver quebra de isoladores;
  2. não haver nenhuma deformação significativa nos barramentos na inspeção visual; e,
  • não haver perda de integridade estrutural de acordo com cada tipo e função do compartimento dos painéis.
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