Dispositivos Evoluídos: Dispositivos Híbridos em Redes de Distribuição Modernas

Por que alguém com as ideias corretas usaria um Religador como um Seccionalizador?

Comunicado de imprensa

Maio 2016
Figura 1: O Diagrama Monofásico de um Alimentador em Anel com Religadores

Figura 1: O Diagrama Monofásico de um Alimentador em Anel com Religadores.

Redes de Distribuições Modernas são somente uma amostra das maravilhas da engenharia. Nascidos para operar por 30 anos nas condições mais exigentes de abusos elétricos, nevascas, tempestades de areia e tudo mais nesta linha, os Religadores têm sido a principal solução dos engenheiros de redes desde a sua invenção décadas atrás. Mesmo que o conceito fundamental de operação de religamento tenha pouco variado ao longo dos anos, a evolução destes controles deixando até mesmo os mais avançados relés de subestação preocupados com tal competição. Estes Controles dedicados a religadores são em essência computadores industriais, os quais são um amálgama de um dispositivos SCADA, o controle do Religador em questão e os relés de proteção. Com um check-list funcional começando a lembrar um dicionário, alguns desenvolvedores se deram conta que um religador poderia atuar como um seccionalizador sem nenhum problema. Esse conceito é teoricamente possível em qualquer religador, mas é desconcertante quando simula-se esta construção em termos práticos de aplicação de redes. Por que alguém que não esteja com a cabeça no lugar, usaria um equipamento tão valioso como um religador e o rebaixaria de forma a instala-lo como um seccionalizador? Nas redes de distribuição do mundo moderno, essa aplicação vem ganhando muita atenção e definitivamente está na hora de explorarmos o raciocínio por trás deste desenvolvimento. Possivelmente uma Chave Híbrida, um dispositivo que possa atuar como um religador, seccionalizador e chave de seccionadora sob carga é a solução ideal para um notório desafio.

Primeiramente, é apropriado explorar essa clássica hierarquia dos dispositivos que compõem uma rede. Mais abaixo na hierarquia, considerando complexidade e preço, está a chave seccionadora. Tipicamente designada para seccionar a rede sob condições normais de carga, no pior dos casos, esta chave é a solução mais barata para o antigo problema de como desconectar uma porção da rede. Ao longo do tempo, essa tecnologia desenvolveu muita sofisticação, com a adição de sensores e controles. Com a adição de alguns TCs e um Controlador, a Chave Seccionadora é capaz de avisar aos operadores caso esta não deva ser aberta devido ao fluxo de alta corrente, e mais importante, o equipamento pode compartilhar um pouco mais de informações com os CODs via SCADA.

No contexto de uma Smart Grid, toda informação é fundamental ao decidir estas comutações inteligentes. A Chave Seccionadora "inteligente", com alguns TCs e capacidade de comunicação, pode ser implantado como, o que é popularmente conhecido como Indicador de Falta. De repente, um dispositivo que essencialmente, não possui classificação, devido à sua falta de capacidade de interrupção de proteção pode relatar registros a um sistema de automação SCADA para informar que "Corrente de Falta Passou". Com esta informação, os operadores podem trabalhar para identificar locais de falhas e até mesmo religar a rede para isolar este local crítico. A Chave Seccionadora com esses upgrades pode muito bem valer tal investimento quando se consideramos o tempo e dinheiro poupados em futuras interrupções.

O próximo equipamento é amplamente conhecido como o Seccionalizador. Estes itens das redes de distribuição são, essencialmente, semelhantes ao indicador de falta mencionado acima, com a exceção de que agora as operações são automatizadas no equipamento. Ao invés de esperar um comando remoto SCADA, o seccionalizador conta as operações do religador a montante, como se assistisse a fonte de alimentação ligando e desligando de acordo com o ciclo de religamento. Como o seccionalizador não pode interromper correntes de falta, este abre no exato momento no qual o dispositivo a montante tiver interrompido tal corrente. Para programar um seccionalizador basta apenas definir quantos disparos de um dispositivo a montante devem ser contados dentro de uma determinada janela de tempo antes de disparar para seccionar uma linha.

A beleza desta solução é dupla! Antigamente, um religador era um investimento considerável em comparação com um seccionalizador. Hoje, esse já não é o caso (Se você ainda acha que é, talvez um e-mail para vendas@nojapower.com.br vai mudar sua mente), mas mesmo assim seccionalizadores tinham outra vantagem, Seccionadores são imunes de classificação.

Como seccionalizador não interrompe correntes de falta, a resistência a estas má funções acabaram aumentando sobre estas falhas de operação. Tradicionalmente, com um disjuntor da subestação configurado para 1 segundo de tempo de resposta a falha e uma margem de classificação conservadora de 250ms entre os dispositivos, um máximo de quatro religadores pode ser implantado em qualquer alimentador. Muitas aplicações, especialmente tee-offs de linhas principais e alimentadores mais distantes certamente poderiam usar mais religadores do que quatro em questão. Embora hoje em dia, religadores tecnologicamente avançados, como os da série OSM NOJA Power® com o controle RC10 poderia facilmente gerenciar uma margem de classificação de 150ms, muitas vezes, a concessionária precisa de mais. Este é o lugar onde os seccionalizadores foram implantados.

Através do seccionamento das linhas os usuários linhas têm maior capacidade para restaurar a energia e isolar as falhas. Embora esta operação entre religadores e seccionalizadores funcione bem para alimentadores radiais, o desafio surge quando distribuição, geração e energias alternativas viram o foco principal. Todos os antigos alimentadores radiais de anos atrás, de repente não agem tão "radialmente", como se costumava, onde a geração para distribuição e energia renovável podem oferecer vários caminhos e fluxos de falta. Esta situação é agravada pelos requisitos de equalização dos alimentadores em anel, a perda de uma linha de alimentação pode resultar com que vários alimentadores sejam amarrados. Quando um alimentador de quatro religadores que está a uma certa distância torna-se um alimentador de oito religadores também a grandes distâncias as margens de classificação, certamente, se tornarão um pouco mais apertada. Esta é a força motriz para as operações em manobra híbrida.

Quando a corrente está fluindo em condições de carga convencionais com um ponto de laço aberto, classificação está tudo bem tratadas. O desafio surge quando uma fonte de alimentação é perdida, e um ponto de conexão está fechado (Figura 2). A questão está associada a atender aos requisitos de classificação sob uma mudança de sentido do fluxo atual. Um controle moderno, que pode identificar diferentes fluxos de corrente através da aplicação do componente de sequência do ângulo de torque pode agir seletivamente como um seccionalizador ou religador dependendo da configuração da rede automaticamente.

Por exemplo, se Subestação 1 está perdida, R1 abriu, mas R2 pode substituir visando manter a capacidade para uma falta a jusante em relação a uma alimentação de Subestação 2. Para enfrentar esse desafio, R2 pode ser instruído para atuar como um seccionalizador sob esta linha devido ao fluxo de corrente para garantir que a classificação é satisfatória. Durante a operação de ambos casos convencionais e reverso (perda da Sub 2 e enlace fechado), o fluxo de corrente é no sentido oposto e este dispositivo torna-se agora o segundo religador mais próximo da subestação. Nesta operação, o interruptor deve se comportar como um religador como classificação é muito menos exigente neste ponto e o segundo religador da linha, certamente, interromperá as falhas a jusante. Com uma versatilidade excepcional, as concessionárias agora estão armadas com a capacidade de manter a classificação, mesmo sob condições de fornecimento comprometida. Este nível de desempenho assegura que a rede continuará a ser adaptar, independentemente da configuração, melhorando o desempenho e a confiabilidade.

Em termos práticos, um religador também poderia desempenhar o papel indicativo de uma chave seccionadora, como indicador de falta. Muitas vezes durante as operações de comutação da rede, operadores de serviços públicos desativam algumas funções de proteção em religadores como surtos transientes ou operações intermitentes os quais podem causar disparos indevidos e interrupções de fornecimento acidentais. No entanto, seria um desperdício desativar a proteção nestes dispositivos e essencialmente cegar os operadores de quaisquer sobrecargas não intencionais que as operações na rede podem causar. A solução implantada no RC10 da NOJA Power é o conhecido como "Modo Alarme", enquanto neste modo remove todas as funções de proteção, mas os alarmes SCADA ainda são gerados para sobrecargas. É uma aplicação simples para garantir que os operadores sejam tenham as informações importantes, as quais necessitam para continuar com as aplicações, e também permitir que continuem a trabalhar como sempre fizeram, desativando a funcionalidade proteção quando não tiver certeza sobre quais serão os parâmetros de resposta da rede.

"Os Religadores evoluíram nas perspectivas de custo e funcionalidade visando permitir que estes sejam implantados como a única solução para proteção contra sobrecarga e dispositivo de controle, eliminando a necessidade de seccionalizadores e das chaves de interrupção em carga telecomandada", diz Neil O'Sullivan, Diretor Geral do Grupo NOJA Power. "Ao adotar esta estratégia as concessionárias também podem preparar-se melhor para a utilização de Automação de Smart Grids que seus clientes exigirão no futuro."

Esta capacidade híbrida abre um mundo de oportunidades para os usuários, como concessionárias, que podem substituir seccionalizadores fora de linha por modernos religadores, e atualizar remotamente as configurações e altera-los para o modo religador, uma vez desenvolvido e concluído o estudo do alimentador. Melhor ainda, este nível de versatilidade levou algumas concessionárias a comprar exclusivamente o RC10 da NOJA Power para atender todo o seu conjunto de aplicações para rede de distribuição. Possuir somente um dispositivo para atender a todas as aplicações de redes traz muitas vantagens em relação a redução de custos. Não há custo de armazenagem mínimo, treinamentos mínimos, estoque de peças de reposição mínimo, e toda sua equipe técnica só precisa saber como instalar um único tipo de peça.

Este nível de evolução é o que a concessionária tem sido levada a oferecer aos clientes do sistema de distribuição. Todos os recursos acima mencionados estão disponíveis como padrão nos controles RC10 dos religadores da linha OSM® da NOJA Power, demonstrando mais uma vez por que a NOJA Power possui claramente o produto mais avançado no mercado de religadores de hoje. Com este investimento incessante em P & D desenvolvido para resolver os requisitos de redes visando as concessionárias de serviços públicos, a NOJA Power oferece uma solução integrada para atender a proteção da rede, manobras e seccionamento de demandas.

Figura 2: Desenvolvimento de Dispositivos Híbridos

Figura 2: Desenvolvimento de Dispositivos Híbridos.