Ensaio De Bobinas

ENSAIO E DIAGNÓSTICO DE DISJUNTORES DE POTÊNCIA

Resumo: A incorporação da fonte de alimentação programável CPS150 —5 kVA em corrente alternada e contínua— juntamente com a POB35AD já existente transforma o analisador SA10A numa plataforma única: bobinas de disparo e de fecho e motores de carga de molas ensaiados na mesma bancada, seja qual for a sua tecnologia de alimentação. Cada fonte trabalha naquilo para que foi concebida, e desaparece o estrangulamento histórico dos esquemas exclusivamente em corrente contínua.

Amperis Products S.L. · Documentação técnica · Esquema AMP-SA10-CNX-001, Rev. B

A verificação técnica de disjuntores de potência exige responder à diversidade de configurações elétricas presentes nas subestações. Durante anos, os ensaios sobre as bobinas de disparo e de fecho através do analisador SA10A apoiaram-se em fontes de alimentação exclusivamente de corrente contínua, como a POB35AD. O esquema era idóneo para manobras convencionais, mas apresentava limitações energéticas severas ao acionar motores de carga de molas alimentados em corrente alternada, chegando a comprometer a integridade da própria fonte por sobrecarga. Com a integração da CPS150 —5.000 VA comutáveis entre AC e DC, até 300 V AC e 424 V DC— esse estrangulamento fica ultrapassado.

O limite do esquema exclusivamente em corrente contínua

A POB35AD continua a ser um instrumento excelente para aquilo para que foi concebida: fornecer tensão estável e filtrada às bobinas de manobra —de 10 a 300 V DC e de 10 a 250 V AC em saídas independentes de abertura e de fecho— e alimentar o motor de carga de molas com até 30 A em contínua quando a bateria da subestação não está disponível. A sua ondulação residual inferior a 1 % em DC é o que permite analisar com fiabilidade os gráficos de corrente de bobina, e o seu ensaio automático de tensão mínima de disparo responde ao exigido pela IEC 62271-100 e pela ANSI C37.09.

O problema não estava na qualidade da fonte, mas na natureza do ensaio. Um motor de carga de molas em alternada apresenta um perfil de arranque —corrente de arranque (inrush) elevada, fator de crista alto, vários segundos de duração— que uma saída concebida para contínua não assume sem se degradar. O técnico ficava remetido a uma de duas vias: renunciar a ensaiar o motor em condições reais de serviço, ou montar uma segunda bancada de ensaio com a sua própria fonte de alternada, duplicando cablagem, tempo de ligação e espaço de trabalho.

A fonte CPS150: 5 kVA programáveis em AC e DC

A CPS150 é uma fonte de alimentação de bancada ou de rack de 19″, com ecrã tátil a cores e conectores de potência no painel posterior. Está construída sobre processamento digital de sinal e lógica programável, e admite controlo integral através de comandos SCPI.

Três capacidades marcam a diferença face a uma fonte convencional. O suporte de fatores de crista de até 5:1 ou 6:1, que permite avaliar a corrente de arranque de cargas reais como os motores de carga de molas. As rampas programáveis de tensão (slew rate em V/ms), que limitam a corrente de arranque de forma controlada em vez de aplicar o degrau completo. E a limitação de corrente por fold-back, que se configura antes de energizar e protege tanto a bobina sob ensaio como as entradas do analisador. A isto somam-se o instrumento de medida integrado —até quinze grandezas em simultâneo— e os modos transitórios LIST, STEP e PULSE, que abrem a porta a sequências repetitivas e à simulação de perturbações de rede sobre o comando do disjuntor.

O novo esquema de ligações AMP-SA10-CNX-001

O esquema desenvolvido pela Amperis consolida o ensaio simultâneo de bobinas e motor aproveitando o facto de o analisador dispor de dois blocos de entrada de alimentação independentes, e repartindo o trabalho entre as duas fontes de alimentação:

Doc. AMP-SA10-CNX-001, Rev. B — Ensaio de disjuntor de potência (AT) com SA10A, CPS150, POB35AD e software BTS11. Conforme o manual SA10A Rev. 6. A numeração de bornes (450/465, 610/625, 630/645, 730/745) corresponde a um disjuntor de alta tensão tomado como exemplo tipo.

Repartição de funções entre as duas fontes

A CPS150 alimenta o bloco de bobinas: a sua saída L1 (+) entra no borne Uc da secção COILS e o seu retorno L2 (−) recolhe os negativos das bobinas. A partir de Uc, o próprio analisador alimenta internamente as suas saídas CLOSE e OPEN, cabladas à bobina de fecho CL-1 (borne 610) e à de disparo TRIP-1 (borne 630). É a configuração com que se determina a tensão mínima de manobra. A POB35AD alimenta a secção AUX: o seu positivo entra no borne Um, a partir do qual o analisador alimenta a sua saída MOTOR para o borne 450, com retorno pelo 465 diretamente ao negativo da fonte. TRIP-2 (borne 730) pode montar-se em paralelo com TRIP-1 ou ser religado a OPEN para um segundo ensaio independente.

O retorno aos barramentos COM de ambas as secções não é opcional nesta montagem: é a ligação que habilita a monitorização de tensão, de modo que sem ela se perde a medição de Uc e de Um. Os negativos de bobina (625, 645, 745) devem retornar diretamente ao barramento negativo da CPS150.

É possível trocar o papel das duas fontes?

É a pergunta que surge assim que se tem o esquema à frente. Eletricamente, sim: ambas as fontes cobrem as gamas de tensão e de corrente dos dois circuitos —a POB35AD fornece de 10 a 250 V AC e até 300 V DC com 30 A, e a CPS150 chega a 300 V com até 46 A em gama baixa—, e o SA10A é, para estes efeitos, agnóstico, porque as suas entradas Uc e Um admitem até 300 V e 32 A cada uma independentemente da fonte que esteja por trás. Tecnicamente, não convém, por uma razão em cada circuito.

A CPS150 nas bobinas, pela sua regulação fina

O ensaio determinante do bloco de bobinas é o da tensão mínima de manobra: verificar que o disjuntor dispara a 70 % da sua tensão nominal de comando e fecha a 85 %, conforme o critério da IEC 62271-100. Isso exige descer a tensão em degraus precisos e repetíveis e mantê-los estáveis enquanto o analisador regista a frente de corrente de bobina. É exatamente aquilo que a CPS150 faz melhor: resolução de 0,1 V, exatidão de ±0,3 % e rampas programáveis. Dedicá-la a alimentar um motor seria desaproveitar o seu ponto forte.

A POB no motor, pela sua tolerância ao arranque

O motor de carga de molas apresenta uma corrente de arranque de várias vezes a sua corrente nominal. As fontes eletrónicas programáveis como a CPS150 incorporam limitação por fold-back e, perante essa irrupção, essa mesma proteção pode cortar a tensão ou abortar a saída, deixando o motor parado a meio da carga da mola. A POB35AD foi concebida para substituir a bateria da subestação durante o ensaio: assume essa ponta sem se alterar, e a sua ondulação residual inferior a 1 % em DC mantém limpo o gráfico de corrente.

A configuração inversa funciona em condições favoráveis, mas é a menos ótima: perde-se exatidão no ensaio de bobinas e submete-se a eletrónica da CPS150 ao arranque do motor. Tal como está definido o esquema, cada fonte de alimentação trabalha naquilo para que foi concebida.

Segurança: o que exige a revisão 6 do manual do SA10A

Esta montagem lida com tensões de até 300 V AC e 424 V DC e correntes elevadas sobre circuitos de comando de subestação. O ponto 3.4.1 do manual, revisão 6, e o anexo de ligação da fonte programável estabelecem medidas não negociáveis:

• Pré-fusíveis externos de ≤ 32 A em Uc e Um: nenhuma das duas entradas incorpora fusível interno.
• Ligação à terra de proteção (PE) em primeiro lugar, antes de qualquer outra ligação.
• Disjuntor fechado e ligado à terra pelo menos de um lado antes de ligar às bobinas ou ao motor.
• Comando desligado da subestação. O borne isolado ISOL (conector branco de 4 mm) existe precisamente para isolar os circuitos de comando e evitar manobras não intencionais.
• Montagem com a saída desativada (Output OFF) e a fonte sem energizar; a saída ativa-se apenas com a montagem terminada e verificada.
• Limitação de corrente (fold-back / OCP) configurada na fonte antes de energizar: a CPS150 pode fornecer muito mais corrente do que a admissível pelas entradas do analisador.
• Cablagem primeiro ao analisador, depois ao objeto de ensaio, e conectores touch-proof obrigatórios.

A tensão de saída deve corresponder ao valor nominal da bobina ou do motor sob ensaio, sem nunca ultrapassar os limites de entrada do analisador. Convém distinguir duas coisas: a corrente admissível nas entradas de alimentação (32 A) e a gama de medição de corrente (até 90 A DC no canal de motor). A segunda descreve o que o instrumento é capaz de registar, não o que os seus bornes podem conduzir.

O que mede o SA10A, e com que exatidão

A capacidade energética das fontes só tem valor se a aquisição for exata. O SA10A amostra todos os seus canais em simultâneo através de FPGA, a frequências de até 50 kHz, com uma base de tempos de ±0,01 % ±1 amostra.

As saídas CLOSE e OPEN são de controlo por semicondutor, com limite de corrente de curto-circuito de 35 A, e a secção de motor está isolada internamente relativamente ao bloco de bobinas: essa separação galvânica é o que torna possível operar ambas as fontes em simultâneo sem acoplamentos entre circuitos.

BTS11: uma só consola para as duas fontes

Toda a aquisição temporal e dinâmica é supervisionada em tempo real a partir do software BTS11, ligado ao analisador por USB (máx. 1 m), RS-232 (máx. 2 m) ou Bluetooth. A atribuição é feita em Setup → Hardware settings → Power supplies, onde cada unidade se declara com a sua porta e a sua função: Close + Trip coil supply para a CPS150 e Motor supply para a POB35AD. A declaração é livre —o software não impõe uma repartição—, pelo que convém que reproduza fielmente a cablagem física e o critério do ponto anterior. A partir da janela Power Supply's… seleciona-se a fonte e a saída, fixa-se a tensão e executa-se a manobra, lendo em simultâneo tensão e corrente reais da bobina: é aí que o ensaio de tensão mínima de manobra deixa de ser um procedimento manual e se converte numa sequência rastreável e repetível, com relatório associado.

Do laboratório à linha de fabrico

Esta versatilidade é especialmente relevante no ambiente de fabrico de celas e disjuntores de potência, onde já foi adotada como esquema de referência: a tendência do setor inclui quadros de comando em que as bobinas de disparo (TRIP-1, TRIP-2) e de fecho (CL-1), juntamente com os motores de carga de molas, são concebidas indistintamente para operar em alternada ou em contínua consoante o projeto e o cliente final. Concentrar o ensaio de toda essa diversidade numa única plataforma simplifica drasticamente o fluxo de trabalho: reduzem-se os tempos de religação, desaparece a necessidade de manter várias bancadas de ensaio independentes e, sobretudo, homogeneíza-se o critério de medição —os tempos de manobra, as correntes de bobina e o comportamento do motor registam-se sempre com o mesmo instrumento, a mesma base de tempos e o mesmo formato de relatório, tanto na receção em fábrica como na entrada em serviço e na manutenção posterior em campo.

Conclusão

A sinergia entre o analisador SA10A, o trabalho conjunto das suas duas fontes de alimentação —a CPS150 a proporcionar a regulação fina que o ensaio das bobinas exige, e a POB35AD a robustez perante a corrente de arranque do motor de carga de molas— e o software de diagnóstico BTS11 configura uma solução integral, robusta e segura para o diagnóstico moderno de disjuntores. Ao garantir uma medição exata de tempos e correntes em manobras combinadas, e ao fazê-lo sob as medidas de segurança mais estritas da prática industrial —desligação completa da linha, ligação à terra prévia e isolamento dos comandos de subestação—, este avanço consolida o SA10A como referência para a validação funcional de disjuntores de alta e média tensão, independentemente da sua tecnologia de alimentação.

Documentação e contacto

O esquema completo AMP-SA10-CNX-001 Rev. B, o anexo de ligação da fonte e as folhas de dados da CPS150 e da série POB estão disponíveis através do departamento técnico da Amperis.

FONTES DOCUMENTAIS

1. Manual de utilizador do analisador de disjuntores SA10A, Rev. 6 (21/02/2023), pontos 3.4 e 5.
2. Anexo: ligação e controlo da fonte de alimentação programável, Amperis Products S.L., rev. A, cap. 10.
3. Folhas de dados da fonte de alimentação programável AC/DC CPS150 e do testador de bobinas e fonte de alimentação POB35AD.
4. Esquema de ligação AMP-SA10-CNX-001, Rev. B, Amperis Products S.L., 02/07/2026.
5. IEC 62271-100, aparelhagem de alta tensão — disjuntores de corrente alternada; ANSI/IEEE C37.09.

As especificações são válidas à temperatura ambiente de +25 °C com acessórios padrão e podem ser modificadas pelos fabricantes sem aviso prévio. Verifique sempre os dados da placa de características da sua unidade.

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