Sistemas de proteção

O aporte necessário à implantação dos sistemas inteligentes é vulnerável como toda cadeia de recursos tecnológicos às inevitáveis falhas provenientes de fatores naturais, erros humanos e até sabotagem. Isso é ainda mais preocupante se consideramos que essas redes inteligentes são baseadas em cadeias tecnológicas sobrepostas, cuja falha de um elemento pode disparar uma série de eventos nocivos.

Além disso, o próprio conceito de rede inteligente traz dentro de si elementos para integrar os sistemas de proteção e assegurar a confiabilidade do sistema, o que implica no desenvolvimento de algoritmos e programas para lidar com as situações adversas. Disso se deduz que o assunto é vasto, pois engloba diversas frentes, desde a automação de subestações até automação de um simples utensílio doméstico.

Como existem muitos interessados as soluções são apresentadas por cada um deles segundo seu interesse. Por outro lado à evolução dos equipamentos normalizados e das normas pode contribuir para o processo como elemento orientador.

Existem quatro normas brasileiras que estão relacionadas com as redes de médias e baixas tensões e com as respectivas instalações elétricas (27), são elas:

q NBR5410: Instalações elétricas de baixa tensão;

q NBR14039: Instalações elétricas de média tensão;

q NR10: Segurança em instalações e serviços em eletricidade

A NBR5410 é a norma aplicada a todas as instalações elétrica com tensão nominal inferior a 1000V em corrente alternada e 1500V em contínua. A abrangência desta norma influencia grande parte dos elementos da rede inteligente, pois cobre as instalações residenciais, comerciais, de uso público, industrial, agropecuário, pré- fabricadas, reboques de acampamento, etc. Esta versão cobre boa parte das questões envolvendo o dimensionamento da rede e a segurança dos dispositivos nela instalados servindo como uma ótima referência na elaboração do projeto básico das redes. Entretanto, como existem muitos elementos ainda não consolidados associados aos conceitos das redes inteligentes essa norma deve evoluir à medida que as estruturas forem consolidadas.

Outra norma de grande alcance para as redes inteligentes é a NBR14039 que cobre as instalações elétricas de média tensão de 1 a 36,2kV. Essa norma estabelece as condições mínimas de projeto e execução das instalações de média tensão, à freqüência industrial, na faixa coberta pela rede inteligente propriamente dita. Ela incorpora os subsídios básicos de uma instalação de média tensão que opera nos parâmetros atuais que já dispõe de muitos recursos de automação que é fundamental nas redes inteligentes. Além disso, como opera na faixa de consumo A4, o sistema de medição já é compatível com essas redes e já existe a medição remota.

Conforme indicado no item 1.1 da norma o foco da NBR14039 é a garantia de segurança e continuidade do serviço. No entanto a questão da qualidade da energia é mencionada no item 4.2.2 referente à limitação das perturbações. Segundo este item as instalações elétricas não devem prejudicar o funcionamento da rede na qual elas estão ligadas, da mesma forma que os equipamentos que fazem parte dela não devem causar perturbações significativas.

A aplicação desses conceitos exige o estabelecimento de critérios de avaliação da qualidade do produto energia elétrica. Não existem normas técnicas brasileiras (série NBR) sobre a qualidade do produto energia elétrica nas instalações elétricas ou sobre os limites de perturbações que os equipamentos elétricos introduzem nas redes. (2) Entretanto é possível utilizar documentos internacionais como referência, tais como a norma IEC/TR 61000-3-6 ed2.0 – “Eletromagnetic compability” (EMC) – Part 3-6: “Limits” – “Assessment of emission limits for the connection of distorting installationns to MV, HV ande EHV power system”.

Este relatório técnico, que é de natureza informativa, orienta sobre os princípios que podem embasar os requisitos para instalações que provoquem distorções nas redes. O documento IEC/TR 61000-3-7 ed2.0 – Eletromagnetic compability (EMC) – Part 3-7: Limits – Assessment of emission limits for the connection of fluctuating installationns to MV, HV ande EHV power system.

Este relatório técnico orienta sobre os princípios que podem embasar os requisitos para instalações que provoquem flutuações nas redes.

Além disso, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) com seu Procedimento de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional –PRODIST, módulo 8 sobre qualidade de energia elétrica fornece bases legais para a caracterização da qualidade da energia elétrica.

Os sistemas elétricos e eletrônicos que formam a base da tecnologia das redes inteligentes podem sucumbir aos fenômenos elétricos atmosféricos. A norma NBR 5419 regula as condições mínimas de projeto manutenção e instalação do SPDA (Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas) desde a parte superior extrema do elemento de captação até o terminal de aterramento principal que é comum ao barramento de equipotencialização principal.

A essência dessa norma é voltada para a proteção das edificações e abrangência para os elementos internos tais como as redes elétricas e de comunicação é tratada através dos pontos em comum nos sistemas, por exemplo, a equipotencialização.

Além disso, o assunto é bastante amplo e abrange até a proteção interna dos equipamentos para constituir um sistema de proteção coordenado e integrado. Desta forma se recomenda a consulta às normas da série IEC61024 e IEC62350 sobre proteção de estrutura e análise de risco, além das normas de equipamentos pertinentes. A Norma Regulamentadora n° 10 (NR-10) do Ministério do Trabalho e Emprego (MET) faz parte do ordenamento jurídico nacional e tem força de lei. Como ela trata de segurança em instalações e serviços em eletricidade, determina as diretrizes básicas para garantir a segurança dos trabalhadores que direta ou indiretamente lidam com a eletricidade.

Diferente das normas técnicas da série NBR que normalizam os sistemas e procedimentos, mas não possuem o amparo legal, o não cumprimento dessa norma pode resultar em penalidades no rigor da lei. Por outro lado a NR10 muitas vezes faz referência a normas NBR, o que acaba criando um vínculo legal para essas normas.

O conhecimento dessas normas serve como uma base para fundamentar as aplicações de redes inteligentes em muitos de seus aspectos, sendo um trabalho exaustivo pela extensão e profundidade dos temas abordados. Faltam ainda alguns pormenores para que essas normas possam abranger adequadamente as redes inteligentes, posto que há pontos indefinidos acerca delas, mas a evolução combinada pode sanar as dificuldades. Por outro lado os sistemas de proteção coordenada de uma rede inteligente encontram fundamento nos sistemas de proteção utilizados em subestações e sua automação.

A norma IEC 61850 para automação de subestações contempla suas funcionalidades, requisitos e definições (26).

Existem aplicações disponíveis através de novas ferramentas e IED (Intelligent Electronic Devices) que permitem lidar com a automação de subestações, cuja filosofia pode ser utilizada para orientar a coordenação da proteção em instalações elétricas inteligentes.

Esse sistema funciona através da implementação dos LN (Logical Nodes), mensagens GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) e outras ferramentas para elaborar esquemas lógicos de intertravamentos, transferências de disparos, bloqueios, etc.

Um dos principais objetivos desta norma é garantir a capacidade de operação entre IED de diferentes fabricantes, permitindo o uso e troca irrestrita de dados ao trabalharem em modo cooperativo em um sistema.

“Essa é uma premissa importante para a elaboração de sistemas integrados que não podem ser limitados pelos padrões de um fornecedor, posto que as concessionárias, sendo muito vezes empresas globais exigem integração. O mercado global necessita de uma norma global e de um padrão que suporte todas as filosofias de operação, com uma combinação de dispositivos feita pelo menos da maneira como hoje se faz com cabos de cobre” (26)

O compromisso com a expansão futura já é previsto neste padrão aberto (IEC61850) visando acompanhar os avanços da tecnologia através de extensões de “bays” ou funções. Esta norma estabelece um padrão universal e avançado para comunicação, orientado a sistemas de automação de subestações e seus, aspectos, tais como (26):

q Recomendações para gerenciamento de sistemas e projetos;

q Modelo de dados de domínio específico, incluindo regras para extensão funcional;

q Serviços do sistema de domínio específico;

q Testes de conformidade.

Para isso ela é estruturada em diversas partes visando cada tópico específico e que permite uma abordagem praticamente completa no que se refere aos sistemas de automação de subestações, o que é uma parte considerável das chamadas redes inteligentes.

Logicamente muitos elementos desse sistema são compatíveis com outras aplicações em sistemas de proteção coordenados permitindo que seu uso possa se disseminar para micro-redes e para as instalações elétricas de baixa tensão, segundo a necessidade. Mesmo que não se adote padrão tão sofisticado para as aplicações mais modestas, os princípios apontados nesta norma podem orientar o projeto em vários níveis da rede inteligente.

Em resumo, o aspecto de proteção das redes inteligentes abrange desde a proteção intrínseca dos equipamentos nela conectados, os chamados dispositivos inteligentes que podem ser os utensílios dos usuários ou os dispositivos da rede, até os sistemas de proteção coordenada inteligente. Dessa forma se percebe que o alcance é imenso e a quantidade de informações pertinentes e disponíveis também. Isso permite ao projetista uma grande liberdade em função da aplicação, porém exige o conhecimento de uma gama maior de produtos, normas e serviços.