A evolução dos comutadores: utilizando religadores como seccionalizadores

Embora o conceito essencial de religamento tenha variado pouco ao longo dos anos, a evolução de seus controladores acirrou a concorrência até mesmo para os relés de subestação mais avançados.

Os controladores de religador são computadores industriais que, em geral, representam uma fusão entre a Unidade Terminal Remota (RTU) do SCADA, o controle de acionamento do religador conectado e os relés de proteção. Com essa expansão na capacidade, os religadores agora podem assumir a função de seccionalizadores, indicadores de passagem de falha e chaves interruptoras de carga. Esse recurso torna um Religador OSM da NOJA Power um substituto direto para ativos de rede antigos.

Em primeiro lugar, consideremos a hierarquia de dispositivos de rede existente. Na ponta inferior da hierarquia, tanto em custo quanto em complexidade, está a chave interruptora de carga (LBS, na sigla em inglês). Normalmente projetado para abrir sob condições normais de carga na pior das hipóteses, a LBS é uma solução barata para o antigo problema de como desconectar partes da rede.

Com o passar do tempo, essa tecnologia tem se sofisticado cada vez mais com a adição de sensores e controladores. Ao adicionar alguns TCs e um controlador, a LBS pode avisar os operadores se não deve ser aberto quando da passagem de altas correntes, mas talvez o mais importante seja que essa LBS pode compartilhar um pouco mais de informações com um centro de controle centralizado via SCADA.

No contexto de uma rede inteligente, as informações são cruciais para a tomada de decisões inteligentes sobre comutação. A LBS "inteligente", dotada de alguns TCs e uma capacidade de comunicação, pode ser implantada no formato que foi denominado indicador de passagem de falha. Em um piscar de olhos, um dispositivo que essencialmente não possui requisitos de classificação, devido à sua falta de recursos de interrupção de proteção, torna-se capaz de reportar um ponto de dados a um sistema SCADA de automação central para informar que houve a "Passagem de uma Corrente de Falha".

Com essas informações, os operadores podem trabalhar para a identificação local de falhas e até mesmo mudar novamente a rede de forma a isolar o local com falha. Uma LBS um pouco mais inteligente pode recompensar o investimento, tendo em vista o tempo e os recursos economizados em quaisquer interrupções futuras.

A próxima fronteira dos comutadores é representada pelos seccionalizadores. Esses itens da rede de distribuição são semelhantes aos indicadores de passagem de falha, exceto que agora a operação de comutação é automatizada no comutador.

Ou seja, em vez de esperar por um comando de operadores do SCADA remotos, o seccionalizador permite contabilizar antes as operações do religador, à medida que observa a fonte de fornecimento ligar e desligar novamente por meio da sequência de religamento.

Embora os seccionalizadores não são dotados da capacidade de interromper a corrente de falha, eles podem abrir quando o dispositivo anterior tiver interrompido a corrente de falha. A programação de um seccionalizador requer apenas a configuração de quantos disparos de um dispositivo anterior ele deve detectar, dentro de um determinado intervalo, antes de um disparo para segmentar uma seção da linha.

A beleza dessa solução era dupla. Décadas atrás, um religador era um investimento significativo para uma concessionária de serviço público em comparação com um seccionalizador.

Hoje em dia, esse não é mais o caso. Além do mais, os seccionalizadores apresentavam outra vantagem: são imunes aos requisitos de classificação.

Como um seccionalizador não interrompe a corrente de falha, ele aumenta a resiliência a danos nas operações em falhas.

Em um contexto de rede tradicional, com um disjuntor de subestação ajustado para um tempo de resolução de 1 segundo para uma falha e uma margem de classificação conservadora de 250 ms entre dispositivos, um máximo de quatro religadores poderia ser implantado em qualquer alimentador. Muitas aplicações, particularmente tee-offs de linhas principais e alimentadores mais longos, certamente poderiam utilizar mais religadores do que os quatro oferecidos. Embora atualmente religadores avançados como os da série OSM® da NOJA Power com um controle RC-10 sejam capazes de gerenciar facilmente uma margem de classificação de 150 ms, as concessionárias de serviços públicos podem precisar de uma margem maior. É neste ponto que os seccionalizadores foram implantados.

Ao segmentar ainda mais as linhas, as concessionárias de serviços públicos adquirem uma capacidade maior de restaurar a eletricidade e isolar as falhas. Essa operação entre religadores e seccionalizadores funciona bem para alimentadores radiais, porém, quando a geração distribuída muda a direção do fluxo radial previsível, um desafio se impõe.

Todos os antigos alimentadores de conceito radial não atuam mais tão "radialmente" como antes, quando a geração distribuída e a energia renovável podem oferecer vários caminhos de fluxo de falha.

Isso é agravado pelos requisitos de classificação nas alimentações em anel, pois a perda de um determinado caminho de fornecimento pode resultar na ligação entre diversos alimentadores. Quando um alimentador longo de quatro religadores se torna um alimentador longo de oito religadores, as margens de classificação certamente ficarão um pouco mais restritas. Essa é a força motriz da comutação híbrida.

Quando a corrente está fluindo sob condições de carga convencionais com um ponto de ligação aberto, a classificação é bem manejável.

O desafio surge quando se perde uma fonte de fornecimento e um ponto de ligação é fechado (Figura 2). O problema está associado ao cumprimento dos requisitos de classificação frente a uma mudança de direção do fluxo atual.

Um controlador de religador moderno que é capaz de identificar diferentes direções de corrente por meio da aplicação de ângulo de torque de componente de sequência pode atuar seletivamente como um seccionalizador ou religador, a depender da configuração de rede, de um modo automático.

Por exemplo, se a Subestação 1 for perdida e o R1 tiver sido aberto, mas o R2 apresentar dificuldade em manter a classificação para uma falha posterior em relação a um fornecimento da Subestação 2. Para fazer frente a esse desafio, o R2 pode ser instruído a atuar como um seccionalizador neste caminho de fluxo atual para garantir que a classificação seja atendida. Durante a operação convencional e reversa (perda de Subestação 2 e ponto de ligação fechado), o fluxo de corrente está na direção oposta e este dispositivo agora se torna o segundo religador mais próximo da subestação.

Nessa operação, o interruptor deve se comportar como um religador, pois a classificação é muito menos desafiadora neste ponto, e um segundo religador de linha média certamente deve interromper as falhas posteriores. Com versatilidade excepcional, as concessionárias de serviços públicos agora estão munidas com uma capacidade de manter a classificação mesmo sob condições de fornecimento comprometidas. Esse nível de desempenho garante que a rede permaneça adaptável, independentemente da configuração, melhorando o desempenho e a confiabilidade.

Religadores atuando como indicadores de passagem de falha

Um religador também pode cumprir o papel de uma chave interruptora de carga que indica a passagem de falha, especialmente quando combinado com elos para isolamento.

Muitas vezes, durante as operações de comutação de rede, os operadores de serviços públicos desativam as funções de proteção nos religadores, pois os transientes de comutação intermitentes podem causar disparos indevidos e interrupções inadvertidas no fornecimento. No entanto, seria um desperdício desativar a proteção nesses dispositivos e essencialmente impedir a visualização, por parte dos operadores, de quaisquer sobrecargas não intencionais que as operações de comutação possam causar. A solução implantada no RC-10 da NOJA Power é o recurso chamado de "Modo de Alarme", no qual a desativação da proteção remove todas as funções de proteção, mas os alarmes do SCADA continuam sendo gerados para sobrecargas.

Trata-se de uma aplicativo simples para garantir que os operadores recebam as informações importantes de que necessitam para as suas aplicações, mas simultaneamente permitir que continuem a trabalhar como sempre fizeram, desativando a funcionalidade de proteção quando eles não têm certeza sobre os parâmetros de resposta da rede.

Conclusão

“Os religadores evoluíram tanto do ponto de vista de custo quanto de funcionalidade para permitir sua implantação como o único dispositivo de proteção e controle de catenária em redes de distribuição modernas, eliminando a necessidade de seccionalizadores e chaves interruptoras de carga controlados remotamente,” afirma Neil O'Sullivan, Diretor-Geral do Grupo NOJA Power.

“Ao adotarem essa estratégia, as concessionárias de serviços públicos também estão se preparando melhor para a rede inteligente automatizada que seus clientes exigirão no futuro.”

Esse recurso híbrido descortina um mundo de oportunidades para as concessionárias de serviços públicos, pois as capacitam a substituir os seccionalizadores antigos por religadores modernos e atualizar remotamente as configurações para convertê-los em religadores em um momento posterior, uma vez que o estudo e o desenvolvimento do alimentador tenham sido concluídos. Melhor ainda, esse nível de versatilidade representa, para algumas concessionárias de serviços públicos, a possibilidade de adquirir apenas o RC-10 da NOJA Power para atender a todo o seu conjunto de requisitos de comutação da rede de distribuição. Isso traz muitas vantagens de economia de custos, com um dispositivo comum para atender a todas as aplicações da rede de distribuição. Há um custo mínimo de armazenamento, custos mínimos de treinamento e estoque mínimo de peças sobressalentes, de modo que o operador de linha só precisa saber como instalar uma peça do comutador.