Guia para 2025: Como testar eficazmente as máquinas de ensaio de disjuntores VCB?

Custo das avarias no terreno: Uma fuga de vácuo não detetada num VCB de 24 kV impediu a interrupção de um curto-circuito. Esta interrupção no funcionamento da subestação custou à nossa empresa de serviços públicos mais de 1 420 000 euros, e não a detetámos devido aos nossos procedimentos de teste. – Engenheiro de manutenção, empresa regional de serviços públicos.

O teste de um disjuntor VCB não é idêntico ao teste de um disjuntor de baixa tensão ou de um disjuntor miniatura (MCB). Os VCBs operam a níveis de alta/média tensão (normalmente entre 12 kV e 24 kV) e dependem do bom funcionamento do interruptor de vácuo para funcionar corretamente. Em 2025, com a implementação da automatização das redes elétricas, é necessário dispor de equipamento específico para garantir o bom funcionamento dos VCB, capaz de verificar com precisão a integridade do vácuo do VCB, a funcionalidade mecânica, a resistência de isolamento e o desgaste dos contactos, em conformidade com a norma IEC 62271-100. Este artigo descreve cinco verificações principais que deve realizar para testar o Teste de disjuntores VCB equipamento.

Este guia aborda:

• Cinco ensaios essenciais para máquinas de ensaio de disjuntores VCB (e como realizá-los)
• Os seguintes parâmetros são essenciais para uma medição bem-sucedida: nível de vácuo; curso de contacto; velocidade de abertura/fecho; e resistência do isolamento.
• Como interpretar os resultados em conformidade com as normas IEC 62271-100
• Erros comuns e como evitá-los
• Perguntas frequentes sobre os testes VCB respondidas por engenheiros

Compreenda o que é um VCB e por que razão os testes são importantes

Antes de abordarmos os métodos de teste, é importante recordar que VCB é a abreviatura de «Vacuum Circuit Breaker» (disjuntor de vácuo). Um disjuntor de vácuo possui um dispositivo de vácuo que extingue o arco elétrico quando os contactos se abrem durante uma condição de falha. Ao contrário de um disjuntor a óleo ou a ar, o disjuntor de vácuo não apresenta qualquer arco elétrico visível e requer uma manutenção mínima. No entanto, é importante testar o disjuntor de vácuo, pois uma quantidade extremamente pequena de vácuo tornaria o disjuntor incapaz de interromper uma falha. Existem estações de teste automáticas integradas na linha de produção automática para testar os disjuntores de vácuo, que verificam estas características de forma automática durante a produção.

Cinco ensaios essenciais para máquinas de ensaio de disjuntores VCB

É necessário realizar cinco validações para um teste completo dos disjuntores em todos os VCB. Cada equipamento deve ser submetido a estas validações, quer após cada teste individual, quer periodicamente, de acordo com o disposto na norma IEC 62271-100.

Teste de integridade do vácuo (detecção de fugas)

O que mede: Para ser aprovado na inspeção, a pressão do interruptor de vácuo deve ser inferior a 1,33 x 10⁻³ Pa. Este teste é realizado com um magnetron ou com um testador de vácuo de alta tensão, aplicando-se uma alta tensão (até 70 kV) e medindo-se a corrente de emissão através dos contactos de corte. Se a corrente exceder um nível limite (ou seja, 10 µA ou menos no interruptor de vácuo de 12 kV), o vácuo está comprometido. O teste só deve ser considerado aprovado se não houver descarga contínua nem emissão de raios X fora desses limites estabelecidos.

Um erro comum durante estes ensaios é não realizar os ensaios tanto em condições ambientais como após um ciclo de aquecimento (se possível). Realizar os ensaios apenas em condições ambientais conduz a resultados errados.

Ensaio de características mecânicas (curso, velocidade, sincronização)

O que mede: Os tipos de deslocamento incluem o curso (deslocamento), o deslocamento excessivo, o tempo de abertura, o tempo de fecho e a velocidade média de deslocamento.
Para realizar ensaios de deslocamento: Um conjunto de ensaio VCB liga um sensor linear ao contacto móvel e envia um comando para abrir/fechar o disjuntor. Os resultados serão registados sob a forma de curvas. Para um VCB de 12 kV, deve aceitar-se um curso do contacto de abertura de 8 a 12 mm, um tempo de abertura de 30 a 60 ms e um tempo de fecho de 50 a 80 ms.
Importância dos testes de comutação: uma abertura lenta produzirá energia de arco excessiva, enquanto um fecho rápido provocará o ressalto ou a soldadura dos contactos.

Teste de isolamento de alta tensão (tensão de resistência)

O que mede: O interruptor e os suportes de isolamento são submetidos a ensaios de rigidez dielétrica.
Como se faz? Aplique 42 kV (para VCB de 24 kV) ou 28 kV (para VCB de 12 kV) durante 60 segundos entre os contactos abertos; entre cada polo e terra. Não devem ocorrer descargas elétricas nem correntes de fuga superiores ao limite do fabricante (normalmente <2 mA). (Nota de automação: os testadores de isolamento em linha numa linha de produção (como os da linha de produção automatizada de VCB) realizam este teste como 100% completo em todas as unidades no final da montagem.)

Teste de resistência de contacto (resistência de circuito)

O que mede: Resistência do circuito primário em estado fechado, de terminal a terminal (incluindo o interruptor de vácuo). Proceda da seguinte forma: utilize um micro-ohmímetro (CC 50 – 100 A). Para os VCB, a resistência de loop aceitável para unidades ‘novas’ deve ser, em geral, inferior a 50 micro-ohms e inferior a 100 micro-ohms para unidades em serviço.

A interpretação de uma tendência crescente de resistência indica quer a erosão das superfícies de contacto, quer um desalinhamento da ligação mecânica.

Teste de resistência mecânica (ciclo de vida)

O que mede: Este ensaio mede a capacidade de um dispositivo suportar inúmeras operações mecânicas sem avariar. O método de teste envolve a utilização de um sistema de teste automatizado que irá abrir e fechar o disjuntor um número específico de vezes (conforme especificado na norma IEC 62271-100; M1 – 10 000 ciclos; M2 – 30 000 ciclos). Durante este processo, o sistema de teste mede os seguintes parâmetros: tempo de abertura, tempo de fecho e desgaste nos contactos do disjuntor. Quando um disjuntor tiver sido testado 10 000 vezes, espera-se que tenha um aumento inferior a 5% no seu tempo de abertura.

Como escolher e validar uma máquina de ensaio de disjuntores VCB

Ao avaliar a escolha de uma máquina de teste de disjuntores, as seguintes características devem ser consideradas adequadas para utilização com disjuntores de câmera (VCBs) num ambiente de produção ou para manutenção no terreno:

• Gama de testadores de vácuo: Deve ser capaz de detetar pressões >1×10⁻² Pa (fuga) e <1×10⁻⁴ Pa (em bom estado).
• Precisão do sensor de deslocamento: ≤±0,1 mm para a medição do curso.
• Capacidade de resistência à tensão: Pelo menos 70 kV para VCBs de 12-24 kV.
• Registo de dados: Deve guardar as curvas de cada teste e exportá-las para um ficheiro CSV ou diretamente para o MES.
• Conformidade: Construído de acordo com o anexo da norma IEC 62271-100 (orientações para ensaios).

De acordo com a Benlong Automation, a sua linha de produção integra os testes acima referidos num único processo contínuo e garante que todos os disjuntores de vácuo (VCB) sejam testados automaticamente, 100%, antes de saírem da fábrica.

Erros comuns nos testes VCB e como evitá-los

• Erro 1: O teste tradicional da integridade do vácuo era realizado com um megômetro (também conhecido como testador de isolamento). É possível melhorar este procedimento utilizando um testador de vácuo independente que aplique alta tensão (CA ou CC) nos contactos abertos, em vez de à terra.
• Erro 2: Não documentar as curvas de deslocamento de contacto: Um único valor de “curso” não é suficiente. Deve registar sempre a curva completa de deslocamento em função do tempo, uma vez que esta mostra o ressalto, o ultrapassamento e a vibração de contacto.
• Erro 3: Não se tem em conta o ajuste de temperatura para a resistência de contacto. No cobre, a resistência elétrica varia 0,41 TP3T por grau Celsius. Solução: medir a temperatura ou ajustar o valor para o ponto de referência de 20 graus Celsius.

Perguntas frequentes (FAQ)

O que é o teste VCB?

Teste VCB Este é o conjunto completo de planos de ensaios de verificação elétrica e mecânica realizados num disjuntor de vácuo para confirmar a sua capacidade de interromper com segurança correntes de falha e de suportar tensões de funcionamento normais. O conjunto inclui quatro ensaios: ensaio de integridade do vácuo (detecção de fugas de ar), ensaio de tensão de resistência do isolamento, medição da resistência de contacto e ensaios de características mecânicas (tempos de abertura/fecho, curso, velocidade). Estes ensaios estão definidos na norma IEC 62271-100, são exigidos pelos ensaios de tipo e são frequentemente realizados como ensaios de rotina de produção.

Para que serve um VCB?

A utilização de disjuntores de vácuo (VCB) na comutação e proteção de circuitos elétricos de média tensão (MT), com uma tensão máxima de 40,5 kV, destina-se principalmente às seguintes aplicações: (1) Sistemas de distribuição primária em instalações industriais (2) Aparelhagem de comutação associada a subestações de serviços públicos (3) Sistemas de eletrificação ferroviária (25 kV CA) (4) Geradores eólicos (5) Bancos de condensadores. A preferência pelos VCBs resulta do facto de não necessitarem de manutenção (ou seja, sem óleo, sem SF6), da sua enorme vida útil elétrica (tempo de funcionamento) (30 000 ciclos) e da sua fiabilidade robusta.

Como consultar o VCB?

Para verificar um VCB, é necessário um Teste do disjuntor definido. O procedimento passo a passo é o seguinte:

1. Isolar o VCB e descarregar toda a carga capacitiva (seguindo os procedimentos de bloqueio e sinalização).
2. Efetue uma inspeção visual para verificar se existem fissuras no invólucro de vidro ou cerâmica do interruptor de vácuo.
3. Realize uma verificação da integridade através de um teste de vácuo utilizando um aparelho de teste de alta tensão com magnetrão; aplique tensões mais elevadas através dos contactos e verifique se há fugas.
4. Meça a resistência de contacto com um micro-ohmímetro (50-100 A CC).
5. Realize um teste operacional mecânico, registando o tempo total de abertura, o tempo total de fecho, o comprimento do curso e a velocidade média com a ajuda de um transdutor de deslocamento.
6. Realizar um ensaio de isolamento de alta tensão (ou seja, um ensaio de resistência à tensão de rede) entre duas fases, bem como entre a fase e a terra.

Todos os resultados devem ser comparados com a ficha técnica do fabricante ou com os critérios de aceitação da norma IEC 62271-100.

O que significa VCB na área da eletricidade?

A engenharia elétrica inclui termos como VCB, sigla para “disjuntores de vácuo”. Um disjuntor de vácuo é simplesmente um interruptor elétrico concebido para interromper um circuito elétrico muito rapidamente em caso de falha, ajudando assim a evitar que as linhas ou os dispositivos elétricos sejam danificados por sobrecorrente. Nestes dispositivos, o funcionamento baseia-se na utilização de um invólucro de cerâmica ou vidro que contém dois conjuntos separados de contactos (o contacto “fixo” e o contacto “móvel”); quando os contactos são separados pela acumulação de energia ou sobrecorrente (como no exemplo acima), ocorre um arco elétrico instantâneo entre os dois conjuntos de contactos que se extingue em milésimos de segundo. Como tal, estes tipos de dispositivos elétricos são predominantes em aplicações com tensões entre 3,6 kV e 40,5 kV (referidas como aplicações de “média tensão”).

A abordagem correta para testar os VCB em 2025 passa por dispor de um método sistemático para avaliar a integridade total do vácuo, das peças mecânicas, da capacidade de isolamento, da resistência de contacto e da resistência mecânica. Todos os testes devem utilizar equipamento de teste adequado, incluindo um testador de vácuo de magnetrão, transdutor de deslocamento, micro-ohmímetro e conjunto de alta tensão, com os resultados interpretados de acordo com a norma IEC 62271-100. Para a produção em grande volume de VCBs, existem Linhas de Teste de Disjuntores integradas, tais como a nova linha de produção de VCBs totalmente automatizada, que automatiza de forma fiável e consistente cada um dos 5 testes acima referidos, garantindo a inspeção 100% e a rastreabilidade dos dados, bem como produzindo 25-30 VCBs por turno diariamente. Quer trabalhe como engenheiro para uma empresa de serviços públicos ou seja responsável pelo fabrico e teste de VCBs, este documento é fornecido para garantir que pode evitar consequências dispendiosas caso ocorra qualquer uma das falhas de teste de VCB acima referidas.