Capítulo X Automação elétrica industrial - Revista O Setor Elétrico

52ApoioO Setor Elétrico / Outubro de 2010Automação de subestaçõesCapítulo XAutomação elétrica industrialEquipe de engenharia da Schweitzer Engineering Laboratories (SEL)A instalação de relés microprocessados emindústrias tornou-se uma prática comum nos últimosanos. Os sistemas de automação são concebidos paraatender aos mais altos índices de confiabilidade, deforma a não comprometer o processo industrial porconta de falhas no sistema elétrico. É então de vitalimportância a existência de uma rede de comunicaçãoCaracterísticas funcionaisRequisitos desejáveisA arquitetura do sistema normalmente é do tipodistribuída, em que, para cada bay, haverá uma unidademultifunção, que estará instalada no nível 1 do sistema.As unidades multifunção desempenham todas asfunções de proteção, controle, medição, intertravamentos,independente para assegurar uma maior continuidade automatismos, registro de eventos, oscilografia,do processo industrial de um sistema elétrico.monitoramento de desgaste dos disjuntores, monitoramentoAs características dos processos produtivos, da tensão dos bancos de baterias, sinalização, alarmes eque atuam de forma contínua, favorecem a escolhado projeto de automação das subestações elétricasconsiderando os seguintes tópicos:comunicação com o nível 2.A filosofia adotada na elaboração das lógicas deveráobedecer às seguintes premissas:• Uso de comunicação de alta velocidade em redeEthernet;• Interoperabilidade de equipamentos de diferentesfabricantes;• Significativa redução na quantidade de cabos aserem utilizados, assim como componentes internos aospainéis, agilizando o comissionamento e reduzindo aprobabilidade de falhas;• Alta confiabilidade e disponibilidade do sistema,com uso de projeto mais simples e arquitetura maiseficiente;• Utilização de uma solução na qual a obsolescêncianão seria um problema no futuro próximo;• Garantia de fácil expansibilidade;• Facilidade de realização de lógicas de automação(transferências automáticas entre entradas de painéis,funções de seletividade lógica e 50 BF (Breaker failure),descarte de cargas intertravamentos) em nível desubestações (SEs), com troca de informações GOOSE(IEC61850).• As lógicas referentes aos bays, preferencialmente,são desenvolvidas no nível das unidades multifunção demaneira descentralizada e com o mínimo possível deinterligações físicas entre os equipamentos.• O tempo de processamento suficientementepequeno para atuação das lógicas garante um corretofuncionamento de funções de proteção. Para isso, o tempode processamento de todas as lógicas do usuário deveter o mesmo tempo de processamento que as funções deproteção das unidades multifunção.• As lógicas no nível de subestação, com troca deinformações entre unidades multifunção, devem serimplantadas utilizando mensagens do protocolo IEC61850 GOOSE.• Sempre que possível, deve existir redundância naslógicas, isto é, a lógica implantada em duas unidadesmicroprocessadas.Arquitetura de comunicaçãoA rede de comunicação interna da subestaçãoé projetada com os switches em anel e as unidades

54ApoioO Setor Elétrico / Outubro de 2010Automação de subestaçõescomunicação lógica por um único cabo de fibras óticas. Funções detransferência automática entre circuitos de entrada de painéis e esquemasde seletividade lógica são exemplos típicos destes automatismos.O detalhamento de alguns dos automatismos típicos da áreaindustrial será feito a seguir:Função 50BFEsta função de proteção tem a finalidade de minimizar os danos aosistema e aos demais equipamentos durante uma falta em que ocorraa falha de abertura do disjuntor que recebeu o comando de trip daproteção. Isso faz o relé fechar uma saída auxiliar quando comandaro “trip” do disjuntor e este não abrir após um determinado tempo. Orelé continuará a supervisionar o circuito após comando de “trip” desobrecorrente. Se a corrente continuar acima de certo valor ajustável,decorrido algum tempo ajustável após o “trip”, o relé fechará umcontato auxiliar que comandará a abertura de um disjuntor a montante.Em função da utilização das mensagens GOOSE, foi possívelaprimorar a lógica que passa a atuar conforme a configuração dosistema, ou seja, caso a seccionadora de interligação de barras de 13,8kV esteja fechada, a ordem de trip irá para os dois transformadores. Casoo disjuntor do secundário de um dos transformadores já esteja aberto,nada será modificado.A Figura 2 ilustra a utilização da mensagem GOOSE para o envio docomando de abertura para o disjuntor do secundário do transformadordevido à ocorrência da falha do disjuntor de um dos alimentadores.A redundância na comunicação entre os IEDs é muito importantepara o esquema de falha de disjuntor, pois aumenta consideravelmentea confiabilidade do esquema no caso de falha de uma das conexões,como mostrado na Figura 3.Figura 2 – Implementação da função 50BF com mensagens GOOSE.Função seletividade lógica (proteção de barra 13,8 kV)A seletividade lógica é um esquema de comunicação entre relés desobrecorrente instalados em cascata em diferentes pontos de um mesmocircuito com o intuito de possibilitar a utilização de suas unidadesinstantâneas de proteção sem perda da seletividade, diminuindo, assim,os tempos dos “steps” de proteção e, por conseguinte, o tempo deeliminação de faltas.

56ApoioO Setor Elétrico / Outubro de 2010Automação de subestaçõesFigura 4 – Mensagem GOOSE para bloqueio do elemento sobrecorrenterápido.No caso de falha da conexão, poderia haver uma falta decoordenação para faltas nos alimentadores. Porém, o estado daconexão é monitorado pelos IEDs. Quando não há mudançano valor de nenhuma variável, as mensagens GOOSE sãotransmitidas em intervalos de tempo predeterminados, deacordo com o ajuste “Max. Time (ms)”. Caso o IED receptor damensagem (Subscriber IED) detecte que a mensagem GOOSEnão foi recebida dentro do tempo máximo esperado, a variávelMessage Quality será ativada. A variável Message Quality foiusada para gerar alarmes na IHM, indicando falha na recepçãode mensagens GOOSE no esquema de seletividade lógica parabloquear o trip pelo elemento de sobrecorrente rápido dosecundário do transformador ou liberá-lo no caso de falhas nacomunicação (veja a Figura 5).pela entrada A ou pela entrada B, em que o disjuntor C estáfechado e apenas um disjuntor, A ou B fechado. No entanto,a lógica de intertravamento deve permitir que o painel passe deuma configuração para outra por meio do chamado “paralelomomentâneo”.A lógica de paralelo momentâneo é implementada apenasno relé de interligação de barra onde, por meio de três botõesfrontais, o usuário pode selecionar qual disjuntor irá abrir após umparalelo momentâneo. Esta seleção também pode ser feita pelosistema supervisório via remote bits. A seleção de determinadodisjuntor limpa automaticamente a seleção anterior, de maneiraque a qualquer tempo, apenas um disjuntor estará selecionadopara abertura. O relé C lê, por meio de entradas virtuais (GOOSEMESSAGES), o status dos disjuntores A e B, além de possuirinternamente o status do disjuntor C. Com o tratamento adequadodesta informação, o dispositivo envia um sinal para inibir ofechamento de disjuntores selecionados para abertura, caso os doisoutros disjuntores já estiverem fechados.Lógica de transferência automática de fontesNa ocorrência de queda de um dos alimentadores do painel, alógica Implementada no relé C envia um comando de transferênciapara alimentar novamente ambos os lados do painel pelo outroalimentador. A figura a seguir apresenta a lógica implantada do reléC para a liberação da transferência automática do painel.Figura 6 – Lógica para habilitar e desabilitar a transferência automáticado painel.Figura 5 – Seletividade lógica.Lógica de paralelismo momentâneo de fontesBuscando um maior grau de confiabilidade no fornecimento deenergia elétrica para as indústrias, é comum os painéis possuíremdupla alimentação de entrada a partir de um par de alimentadoresoriginários da concessionária e de fontes alternativas. A lógicade intertravamento deve impedir a alimentação simultânea pelosdois alimentadores, chamado fechamento em U, ou seja, não épermitida a operação do painel com os três disjuntores principaisdo painel fechados simultaneamente. Este estado deve ser evitadopara não expor o painel a níveis elevados de curto-circuito.A operação do painel é permitida em duplo I, em que osdisjuntores A e B estão fechados e C aberto, ou ainda em LA transferência automática no painel somente pode serpermitida com o painel em situação remoto, uma vez em local, olatch 2 é ‘resetado’ e a transferência automática (TA) desabilitada.Com o painel em remoto, no entanto, a transferência automáticapode ser habilitada ou desabilitada bastando para isso dar um pulsono botão frontal, ou via sistema supervisório. É feita também umaverificação se não existe algum impedimento para o fechamento dodisjuntor na transferência segundo a lógica.A figura a seguir apresenta a lógica implementada para estaverificação.Figura 7 – Lógica para verificação de impedimento.

57O Setor Elétrico / Outubro de 2010O relé C recebe os sinais de subtensão e bloqueio por atuaçãode proteção dos relés A e B, via mensagem GOOSE. Caso hajasubtensão em algum dos alimentadores, o seu relé de entradarespectivo não recebe sinal de fechamento por transferênciaautomática. Da mesma forma, se ocorrer alguma falta que acioneo bloqueio por atuação de proteção (86), os disjuntores referentesa este bloqueio são impedidos de fechar.Com a transferência automática habilitada, um evento desubtensão na entrada A envia um sinal, via mensagem GOOSE,para o fechamento do disjuntor B e via lógica para o fechamentodo disjuntor C, se estes estiverem abertos e em condição defechamento. De maneira semelhante, uma subtensão na entradaB comanda fechamento de A e C. Um biestável interno evita ocomando de fechamento caso ocorra subtensão quando ambos osdisjuntores A e B estiverem abertos.ConclusãoOs Inteligent Eletronic Devices fazem parte das novassubestações tanto para as concessionárias quanto para as áreasindustriais. Fatores, como a multifuncionalidade, a não necessidadede aferição periódica, o custo reduzido em comparação aosrelés eletromecânicos que são dedicadas a apenas uma função,a capacidade de serem integrados em rede tornaram a escolhaóbvia por este tipo de equipamento em relação aos equipamentoseletromecânicos e estáticos anteriormente adotados.Analisando adequadamente as informações, os ganhos sãoobtidos em diversas maneiras:• Redução dos tempos gastos com manutenções de equipamentosem periodicidades equivocados;• Redução nos tempos de restabelecimento dos sistemas apósfalhas nos circuitos monitorados pelos relés microprocessados;• Aumento da vida útil dos equipamentos de potência, umavez que as faltas são eliminadas cada vez mais rapidamente(utilização de seletividade lógica e algoritmos que tratam sinaisde saturação de tcs), diminuindo a energia de curto-circuito queanteriormente se extinguia em tempos próximos de 1 segundopara diversos casos;• Eliminação da necessidade de aferição periódica dos relésmicroprocessados, que não possuem interferências em suaatuação por falta de pressão de molas, ausência de lubrificações,poeiras acumuladas, etc.;• As informações que os relés microprocessados obtêm do sistemaelétrico podem ser distribuídas para diversos centros de controleao mesmo tempo.*Equipe de engenharia da Schweitzer Engineering Laboratories (SEL)CONTINUA NA PRÓXIMA EDIÇÃOConfira todos os artigos deste fascículo em www.osetoreletrico.com.brDúvidas, sugestões e comentários podem ser encaminhados para o e-mailredacao@atitudeeditorial.com.br