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muito que vem defendendo e patroci-nando a adopção industrial da norma IEC 61850, com cuja génese e desen-volvimento sempre teve um profundo en-volvimento. Com o título oficial “Redes e sistemas de comunicações em subesta-ções”, esta é uma norma abrangente or-ganizada em componentes que, por ex-emplo, especificam como deve ser descrita a funcionalidade dos dispositi-vos de uma subestação – como devem comunicar entre si, o que deve ser co-municado e qual a velocidade dessa co-municação. Todos estes elementos são críticos para a concretização dos benefí-cios de uma subestação verdadeira-mente digital.
No nível de estação o ambiente é maiori-
A sinalização digital oferece uma fiabilidade e uma capacidade excelentes e há décadas que é utilizada nas infraestruturas de
energia. A maior parte das redes de en-ergia eléctrica utiliza redes digitais de fi-bra óptica para a transferência fiável e eficiente dos dados de operação e de supervisão originados pelos sistemas de automação das subestações – e até as linhas eléctricas transportam presente-mente sinais de teleprotecção. Mas só agora começam a ser introduzidas no ambiente mais profundo da subestação as vantagens da comunicação normal-izada de informação digital.
IEC 61850Sem normalização, a comunicação digi-tal entre os elementos da subestação era desestruturada e fragmentária, com vários esquemas de sinalização mutua-mente incompatíveis criando domínios separados de comunicação. A ABB há
STEFAN MEIER – O conceito de subestação digital foi durante muito tempo bastante difuso – uma visão idealista de subestações omniscientes interligadas para formar uma rede inteligente. Mas o conceito apresenta-se agora muito mais nítido, e é assim possível discutir os detalhes do que torna uma subestação “digital” e das vantagens que isso traz.
As redes eléctricas inteligentes necessi-tam de subestações mais inteligentes, e têm de ser digitais
O caminho para a subestação digital
Foto:Existe agora disponível tecnologia que permite digitalizar toda a subestação – até mesmo os transformadores de corrente. São múltiplas as vantagens da subestação digital.
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linha de alta tensão sem necessidade de um transformador de corrente (TC) para a redução da sua intensidade para uma gama adequada para medição. A dis-pensa do TC também melhora a segu-rança através da eliminação do risco de TC com secundários em aberto, nos quais podem ocorrer arcos eléctricos e tensões potencialmente letais.
Um FOCS explora o efeito de Faraday, um efeito magneto-óptico que consiste na rotação, por acção de um campo magnético, do plano de polarização de luz polarizada linearmente. O valor dessa rotação é directamente proporcional à corrente na linha de alta tensão em volta da qual se encontra enrolada a fibra transportando a luz linearmente polar-izada. A medição é digitalizada directa-mente na fonte e transmitida como um sinal digital, através do bus de processo, para os IED de protecção e controlo e também para os contadores de con-sumos.
Este tipo de TC é muito menos volumoso do que o seu equivalente analógico, po-dendo mesmo ser integrado num disjun-tor–seccionador, como fez a ABB em 2013, de forma a combinar num único dispositivo as funções de disjuntor, transformador de corrente e seccionador – conseguindo-se assim uma redução para metade nas dimensões de uma subestação.
O FOCS é apenas um de muitos elemen-tos de toda uma gama de transforma-
tariamente digital, mesmo em instala-ções relativamente antigas. Os sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) requerem normalmente in-formação digital e há mais de duas décadas que a ABB fornece redes de fi-bra óptica para suporte da comunicação em tais sistemas.
Entre o nível de estação e os painéis as fibras podem transportar dados digitais segundo a norma IEC 61850, mas para se ter uma subestação verdadeiramente digital a norma tem de aí ter uma penet-ração muito mais profunda.
Profundamente digitalO mundo por detrás dos painéis da sub-estação é ainda predominantemente
A sinalização digi-tal oferece uma fiabilidade e uma capacidade ex-celentes e há décadas que é uti-lizada nas in-fraestruturas de energia.
1 Subestação digital e IEC 61850
1a Today 1b Tomorrow
IEC 61850-8-1
IEC 61850-9-2
IEC 61850-8-1
IEC 61850 station bus IEC 61850 station bus Replaces wiring and legacy protocols between bays with digital communication
– All signals digital – station and process – Analog status and commands– Acquire once, distribute on a bus
Interface to fieldHardwired point-to-point connections between primary and all secondary equipment NCIT: Nonconventional instrument transformer
670 series 670 seriesREB500 REB500650 series 650 series
SAM600
SAM600
NCIT
NCIT
analógico. Os equipamentos primários convencionais, tais como transforma-dores de corrente e de tensão, encon-tram-se ligados a dispositivos electrónic-os inteligentes (IED, Intelligent Electronic Devices) por meio de cabos paralelos em cobre que transportam sinais analógicos - 1a. Os IED que recebem esses dados executam uma análise de primeiro nível e constituem frequentemente a porta de entrada para o mundo digital.
Mas não há muita vantagem na manuten-ção dos dados durante tanto tempo sob forma analógica, e o título de “subesta-ção digital” só é legítimo se a transição para o formato digital ocorrer imediata-mente após a sua geração - 1b.
A permanente supervisão do sistema re-alizada pelo equipamento digital reduz a necessidade de intervenções manuais, e a adopção do bus de processo comple-tamente digital permite a transferência de equipamento sensível para o interior dos painéis. Os equipamentos digitais de lo-calização necessariamente exterior têm de ser de fácil instalação e tão ou mais robustos e fiáveis do que os equipamen-tos analógicos que substituem ou a que se interligam - 2.
FOCSOs requisitos de robustez e fiabilidade também se aplicam às novas tecnolo-gias, tais como os sensores de corrente por fibra óptica (FOCS, Fiber-Optic Cur-rent Sensor) da ABB. Um FOCS [1] mon-itoriza directamente a corrente numa
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possível uma transição para o digital através da utilização de merging units autónomas associadas aos transforma-dores de medição analógicos existentes. A fibra óptica pode então substituir a cablagem de cobre que interliga os equi-pamentos primários aos IED de pro-tecção e controlo.
O bus de processoA boa condutibilidade do cobre faz com que todos os troços deste material exis-tentes numa subestação constituam um risco potencial. Por exemplo, a interrup-ção incorrecta de uma corrente, como na abertura do secundário de um TC, pode dar origem a tensões eléctricas perigosamente elevadas e inclusiva-mente a arcos eléctricos, e assim numa linha de cobre pode de repente surgir
uma alta t e n s ã o que colo-que em risco trab-a lhadores e equipa-m e n t o . Menos co-bre traz mais segu-rança.
A subestação digital prescinde do cobre através da utilização do bus de proces-so, o qual pode ser suportado em fibra óptica ou numa rede sem fios, como por exemplo a tecnologia Tropos da ABB. A eliminação de cobre pode nalgumas cir-
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dores de medição não convencionais (NCIT, NonConventional Instrument Transformer) que podem contribuir para uma digitalização completa da subesta-ção. Os NCIT têm de ser tão ou mais fiáveis do que os equipamentos que substituem – e são-no efectivamente. Durante a última década a ABB forneceu mais de 300 NCIT, nomeadamente sen-sores combinados de tensão e de cor-rente integrados em aparelhagem com isolação gasosa, para uma concession-ária eléctrica em Queensland, Austrália, e durante todo esse tempo não foi regis-tada uma única falha no sensor primário. A utilização extensiva de NCIT leva a subestações mais simples, mais bara-tas, mais eficientes e de menores dimen-sões.
Mas nem tudo pode ser digital – os transformadores convencionais de ten-são e de corrente, por exemplo, irão continuar a originar dados analógicos. Mas não há razão para uma sua substi-tuição por atacado quando é também
Um FOCS moni-toriza directamente a corrente numa linha de alta tensão sem necessidade de um transforma-dor de corrente (TC) para a redução da sua intensidade para uma gama ade-quada para medição.
2 Equipamentos destinados a utilização exterior encontram-se expostos aos elementos e assim requerem elevada robustez.
ABB há muito que vem defenden-do e patrocinando a adopção industrial da norma IEC 61850, com cuja génese e desenvolvi-mento tem tido um permanente e profundo envolvimento.
cunstâncias justificar só por si a tran-sição para o digital. Esta pode reduzir em 80 por cento a quantidade de cobre numa subestação e assim conseguir uma diminuição substancial de custos e, ainda mais importante, uma melhoria significativa da segurança.
O bus de processo também adiciona flexibilidade. Os dispositivos digitais po-dem “falar” directamente entre si -3. Para este fim, a norma IEC 61850 define o protocolo GOOSE (Generic Object-Ori-entated Substation Events) para a trans-missão de dados binários de alta veloci-dade. A Parte 9-2 da norma descreve a transmissão de valores amostrados so-bre uma Ethernet. Estes princípios asse-guram a entrega atempada de dados de alta prioridade através de links Ethernet em princípio imprevisíveis. A gama ASF de switches Ethernet da ABB suporta in-tegralmente este aspecto crítico da co-municação digital interna de uma sub-estação.
Instalações realizadasA ABB tem estado fortemente envolvida com a norma IEC 61850 desde a sua gé-nese. A norma é essencial para assegu-rar a interoperabilidade dos equipamen-tos de fornecedores diferentes e também estabelece, através de ensaios de con-
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formidade, uma referência a partir da qual os fabricantes podem ser avaliados.
A ABB realizou a primeira instalação co-mercial IEC 61850-9-2 em 2011 na sub-estação de Loganlea da concessionária Powerlink Queensland, na Austrália. A utilização de merging units e IED da ABB com conformidade IEC 61850-9-2, e também de transformadores de medição não convencionais, tornou esta instala-ção um marco na evolução da concep-ção de subestações.
O projecto fez parte de uma requalifica-ção de uma subestação pré-existente e impulsionou-a para um futuro IEC 61850 através da adopção de padrões digitais garantes efectivos contra a obsolescên-cia. A ABB criou uma solução de requal-ificação baseada em especificações da Powerlink aplicável a outras cinco das suas subestações quando entendido ap-ropriado.
Duas dessas subestações, Millmerran e Bulli Creek, foram entretanto requalifica-das em 2012 e 2013, respectivamente, tendo ficado dotadas de um sistem Mi-croSCADA Pro SYS600 e de uma gate-way RTU560 que gerem os IED de pro-tecção e controlo Relion 670, com protecção do barramento REB500. To-dos estes elementos comunicam por IEC 61850-9-2 com as merging units e por IEC 61850 com os dispositivos do nível de estação.
Uma subestação completamente digital apresenta um conjunto significativo de
vantagens sobre uma analógica: maiores compacidade, fiabilidade e facilidade de ampliação e manutenção, a par de um menor custo de ciclo de vida. Adicional-mente, oferece segurança acrescida e é mais eficiente do que o seu equivalente analógico.
Nem todas as subestações necessitam de serem catapultadas para um mundo integralmente digital – depende do seu tipo e dimensão, e de se tratar de uma subestação nova ou de uma requalifica-ção de um sistema secundário. Cada caso é um caso. A extensa experiência da ABB com os sistemas IEC 61850 e o seu vasto portefólio associado de NCIT, merging units, IED de protecção e con-trolo e ainda soluções de automação de subestações possibilitam às conces-sionárias uma fácil transição para o mun-do digital. A flexibilidade das nossas soluções permite-lhes escolherem os seus próprios ritmos de transição para a subestação digital.
3 A norma IEC 61850 torna realidade a subestação completamente digital.
Stefan Meier
ABB Power Systems
Baden, Suíça
Este tipo de TC é muito menos volu-moso do que o seu equivalente analógico, poden-do mesmo ser inte-grado num disjun-tor–seccionador de forma a combinar num único disposi-tivo as funções de disjuntor, transfor-mador de corrente e seccionador – conseguindo-se assim uma redução para metade nas dimensões de uma subestação.
Referência[1] K. Bohnert, R. Thomas, M. Mendiks. “Light
measures current - A fiber-optic current sensor integrated into a high-voltage circuit breaker,” ABB Review, 1/14, pp. 12–17. Disponível em: http://www05.abb.com/global/scot/scot271.nsf/veritydisplay/0d948cedb40451cec1257ca900532dd0/$file/12-17%201m411_EN_72dpi.pdf
