O Laboratório de Alta Potência do Cepel conta com duas instalações: a área de ensaios de Alta Corrente; e a área de ensaios de Alta Potência propriamente dita. São instalações com capacidades únicas na América do Sul, que fazem parte do complexo de laboratórios do Centro localizado em Adrianópolis, no município de Nova Iguaçu–RJ.
Os ensaios realizados no Laboratório de Alta Potência do Cepel atendem a demandas de fabricantes de equipamentos de alta tensão para sistemas de potência, de agentes do setor elétrico brasileiro e de outros países — principalmente da América do Sul — e de instituições de pesquisa, incluindo a parte experimental de projetos de pesquisa realizados pelo próprio Cepel. Tais ensaios servem para avaliar o desempenho elétrico e termomecânico de equipamentos e dispositivos sob condições normais ou anormais de operação, como manobras devidas ou indevidas, curtos-circuitos e arcos de potência, dentre outros eventos que podem ocorrer em serviço.
Os resultados fornecem subsídios para aperfeiçoamento de projetos e processos de fabricação de equipamentos e para melhorias na sua qualidade. Isto gera progressos na indústria de equipamentos elétricos de potência e aumenta a sua competitividade, além de contribuir para a confiabilidade do sistema elétrico.
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.
A área de Alta Corrente realiza ensaios com níveis de corrente elevados: centenas de kA de curto-circuito e dezenas de kA em regime permanente, em equipamentos de alta, média e baixa tensão. Os principais ensaios realizados nesta área são os de elevação de temperatura, de curto-circuito franco, de arco interno em painéis de baixa tensão e de interrupção em equipamentos de baixa tensão.
Já a área de Alta Potência realiza ensaios de curto-circuito franco, de arco de potência, de arco interno em cubículos, de correntes induzidas em seccionadores e de interrupção em equipamentos de alta tensão, em níveis elevados de potência: até 750 MVA, sob tensão de até 100 kV.
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 curto-circuito 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.
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 bom desempenho do equipamento são:
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:
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:
Este ensaio serve para verificar 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:
