Disjuntores SF6
Category : Elétrica
O hexafluoreto de enxofre (SF6) foi sintetizado pela primeira vez em 1904 e, somente nos anos 30, a partir da observação de suas excepcionais propriedades dielétricas, o novo gás encontrou uma limitada aplicação como meio isolante em transformadores.
O SF6 é um dos gases mais pesados conhecidos (peso molecular 146), sendo cinco vezes mais pesado que o ar. À pressão atmosférica, o gás apresenta uma rigidez dielétrica 2,5 vezes superior à do ar. A rigidez dielétrica aumenta rapidamente com a pressão, equiparando-se à de um óleo isolante de boa qualidade à pressão de 2 bars. A contaminação do SF6 pelo ar não altera substancialmente as propriedades dielétricas do gás: um teor de 20 % de ar resulta numa redução de apenas 5% da rigidez dielétrica do gás.
Somente no final dos anos 40 teve início o desenvolvimento de disjuntores e chaves de abertura em carga a SF6, com base em experimentos em que as excepcionais qualidades do gás como meio interruptor de arcos elétricos foram comprovadas. Essas qualidades derivam do fato do hexafluoreto de enxofre (SF6) ser um gás eletronegativo, possuindo afinidade pela captura de elétrons livres, o que dá lugar à formação de íons negativos de reduzida mobilidade.
Essa propriedade determina uma rápida remoção dos elétrons presentes no plasma de um arco estabelecido no SF6, aumentando a taxa de decremento da condutância do arco quando a corrente se aproxima de zero.
O SF6 é um gás excepcionalmente estável e inerte, não apresentando sinais de mudança quimica para temperaturas em que os oleos empregados em disjuntores começam a se oxidar e decompor. Na presença de arcos elétricos sofre lenta decomposição produzindo fluoretos de ordem mais baixa (como SF2 e SF4) que, embora tóxicos, recombinam-se para formar produtos não tóxicos imediatamente após a extinção do arco. Os procipais produtos tóxicos estáveis são certos fluoretos metálicos que se depositam sob a forma de um po branco, e que podem ser absorvidos por litros de alumina ativada.
Os primeiros disjuntores de hexafluoreto de enxofre eram do tipo “dupla pressão”, baseados no funcionamento dos disjuntores a ar comprimido. O SF6 era armazenado num recipiente de alta pressão (aproximadamente 16 bars) e liberado sobre a região entre os contatos do disjuntor. A principal diferença com relação aos disjuntores a ar comprimido consistia no fato de o hexafluoreto de enxofre não ser descarregado para a atmosfera após atravessar as câmaras de interrupção, e sim para um tanque com SF6 a baixa pressão (aproximadamente 3 bars). Assim, o SF6 a alta pressão era utilizado para interrupção do arco e, a baixa pressão, servia à manutenção do isolamento entre as partes energizadas e o terra. Após a interrupção, o gás descarregado no tanque de baixa pressão era bombeado novamente para o reservatório de alta pressão, passando por filtro de alumina ativada para remoção de produtos da decomposição do SF6.
A principais desvantagens dos disjuntores a SF6 a dupla pressão eram a baixa confiabilidade dos compressores de gás e a tendência do hexafluoreto de enxofre a liquefazer-se à temperatura ambiente quando comprimido (a temperatura de liquefação do gás a 16 bars é 10°C), o que tornava necessário instalar aquecedores no reservatório de alta pressão com conseqüente aumento da complicação e redução da confiabilidade.
Essas desvantagens levaram ao desenvolvimento do disjuntor tipo “puffer”, atualmente adotado pela maioria dos fabricantesde disjuntores a SF6. Os disjuntores tipo “puffer” ou do tipo “impulso” são também denominados de “pressão única” porque o SF6 permanece no disjuntor, durante a maior parte do tempo, a uma pressão constante de 3 a 6 bars, servindo aos isolamento entre as partes com potenciais diferentes.
A pressão necessária à extinção do arco é produzida em cada câmara por um dispositivo tipo “puffer” formado por um pistão e um cilindro, em que um desses dois elementos ao se movimentar desloca consigo o contato móvel e comprime o gás existente no interior do cilindro.
A compressão do SF6 por esse processo produz pressões da ordem de 2 a 6 vezes a pressão original e no intervalo entre a separação dos contatos e o fim do movimento do gás, assim comprimido, é forçado a fluir entre os contatos e através de uma ou duas passagens (“nozzles”).
O desenvolvimento e a difusão dos disjuntores a SF6 estão ligados aos desenvolvimentos das técnicas de selagem dos recipientes e detecção de vazamentos de gás. Os projetos ocorridos nesses terrenos já permitem reduzir o escape de SF6 nos disjuntores a níveis inferiores a 1% por ano. Os avanços tecnológicos têm permitido aos disjuntores a SF6 tornarem-se crescentemente competitivos em relação aos tipos de ar comprimido e PVO, sendo provável que, em futuro próximo, esses disjuntores ocupem uma posição dominante no mercado, pelo menos para certas faixas de tensão.
Da mesma forma que nos disjuntores a ar comprimido, os disjuntores a SF6 devem ser providos de dispositivos para indicar a ocorrência de pressões inferiores a determinados níveis minimos e intertravamentos para impedir sua operação em condições perigosas de super pressão. Uma outra aplicação do SF6 é o isolamento de subestações blindadas que permite considerável redução da área ocupada. A instalação de uma subestação blindada pode ser determinada pela inexistência de área suficientemente ampla em um centro urbano, ou pelo elevado custo do solo nesta região.
Numa subestação blindada todas as partes energizadas são protegidas por uma blindagem metálica, que conterá os disjuntores, chaves, TC’s, TP’s, barramentos, etc.. As partes energizadas são isoladas da blindagem por isoladores de resina sintética (ou outro material adequado) e SF6 à pressão de cerca de 3 bars. Válvulas especiais permitem detectar o escapamento do gás e possibilita efetuar manutenção dos equipamentos sem necessida de remover grandes quantidades de gás.
Alarmes e intertravamentos garantem a segurança em caso de vazamento de SF6.
Adolpho Eletricista – Seu Eletricista em São Paulo
