Solução integrada de redução e proteção redes
de energia elétrica e industriais
Controlador de redução de carga PML630
O controlador de redução de carga livremente configurável destina-se a
proteger redes de energia elétrica e industriais com múltiplas fontes de
energia e cargas críticas contra apagões relacionados a perturbações e
cortes de energia. Em situações de perturbação, o dispositivo de redução
de carga deve garantir a disponibilidade de fornecimento de energia para
cargas de processo críticas, deixando que as menos seletivas seja
derrubadas de maneira rápida, precisa e seletiva. Como resultado, a
duração e a frequência do tempo de inatividade da produção em apagões
industriais e de energia na rede de distribuição podem ser minimizadas e
os danos ao equipamento elétrico e de processo evitados.
Detalhes mecânicos e de construção
• O dispositivo deverá ter dimensões compactas, não ultrapassando 4U de altura para instalações de montagem de porta do painel.
• O dispositivo oferecerá suporte a opções de montagem embutida, semiembutida, em prateleira e em parede.
• Com montagem embutida, o dispositivo atenderá aos requisitos de proteção contra infiltração IP40 (IP42 com a IHM remota) no lado frontal e IP20 no lado traseiro e nos terminais de conexão.
• Para facilitar a rápida substituição, o dispositivo deverá ter conectores remotos com encurtamento seguro do transformador de corrente (TC).
Será possível substituir rapidamente a unidade com falha por uma sobressalente sem interferir em qualquer fiação.
• O dispositivo deverá ter uma interface homem-máquina (IHM) integrada ou, como alternativa, ser oferecido com uma IHM remota.
A IHM integrada ou remota será denominada IHML (IHM local). A IHM local remota deverá permitir uma instalação flexível para reduzir a fiação e o impacto do peso na porta do painel do compartimento de baixa tensão (LV).
• A fonte de energia da IHM local remota deverá ser fornecida com o padrão Power over Ethernet (PoE) para evitar fiação adicional para a tensão auxiliar.
• A IHM local deverá ter uma tela grande com dimensões de até 70 mm x 100 mm e resolução de 320 x 240 pixels, permitindo a exibição de pelo menos 10 objetos de comutação. A IHM também incluirá 5 botões livremente configuráveis.
Funções de redução de carga
• O dispositivo deve suportar múltiplas funções pré-carregadas de redução de carga. Será possível ativar ou desativar as funções e usar uma ou várias funções simultaneamente. O dispositivo deve suportar as seguintes funções de redução de carga:
- Redução de carga rápida devido à perda de fontes de energia e à desconexão da rede elétrica
- Redução de carga lenta baseada em sobrecarga de fontes de energia ou violação de demanda máxima na linha de ligação à rede elétrica ou gerador
- Redução de carga iniciada manual pelo operador com base na definição de energia ou nas prioridades do alimentador de carga
- Redução de carga por subfrequência como backup para redução de carga rápida e lenta
• O dispositivo deve suportar o uso simultâneo de todas as funções de redução de carga no número suportado de ilhas de potência ou sub-redes.
Redução de carga rápida
• O dispositivo deve gerar informações de topologia de rede com base no status do alimentador de deriva-ção e no disjuntor do acoplador de barramento.
• Tendo em consideração a topologia da rede, o dispositivo deve realizar cálculos de equilíbrio de potência com base em uma comparação entre a capacidade de energia ativa (das fontes de energia) e o consumo de energia (de consumidores ou cargas).
• O gatilho para iniciar o cálculo de equilíbrio de energia será baseado em uma interrupção da fonte de ener-gia em uma sub-rede ou desintegração na topoloener-gia da rede de enerener-gia, causada por um evento de prote-ção e/ou uma abertura do disjuntor.
• O dispositivo deve ativar a redução de carga rápida quando a carga conectada exceder a energia disponí-vel na sub-rede.
• A função de redução de carga rápida deve tomar medidas corretivas antes que a frequência do sistema caia e assegurar uma rápida restauração do perfil de frequência na sub-rede.
• Na ausência de qualquer gatilho, o dispositivo também deve ativar a redução de carga rápida somente na detecção de uma condição de déficit de energia em uma sub-rede.
Redução de carga lenta
• A função de redução de carga (ou sobrecarga) lenta deve evitar o desengate de uma fonte de energia de-vido a uma sobrecorrente ou a uma passagem de potência que excede os limites por um período de tempo definido. Será possível habilitar a detecção de qualquer uma dessas condições ou ambas ao mesmo tempo.
• A função de proteção contra sobrecorrente deve detectar (captar) sobrecarga simultaneamente com a fun-ção de protefun-ção de sobrecorrente do transformador de rede ou do relé de protefun-ção do gerador. No en-tanto, o dispositivo deve reagir mais rápido do que o relé de proteção e acionar a redução de carga para re-duzir a sobrecarga no transformador ou gerador da rede, de modo que ele caia abaixo dos níveis limite. • O dispositivo deve detectar a violação da demanda de energia contratual durante um período de tempo
específico no ponto de linha de derivação da rede. Quando um evento de violação é registrado, o disposi-tivo deve ativar a perda de carga para reduzir a energia extraída da rede.
• O número de cargas a serem reduzidas devido a uma sobrecarga da fonte de energia ou a uma violação da demanda máxima deve estar de acordo com o equilíbrio de energia durante a sobrecarga. Alternativa-mente, o número de cargas a serem lançadas será ajustável pelo operador com base na sobrecarga permi-tida na fonte de energia.
Redução de carga manual ou iniciada pelo operador
• O dispositivo deve suportar as ações do operador para iniciar a redução de carga com base em priorida-des definidas pelo operador ou na definição de energia em diferentes sub-repriorida-des.
• A função de redução de carga manual deverá ser totalmente independente das funções de redução de carga rápida e lenta.
Redução de carga baseada em subfrequência
• O dispositivo deve incluir uma função de detecção de subfrequência local com base nos valores de frequ-ência dos terminais de barramento. Alternativamente, o dispositivo deve acionar a redução de carga com base na taxa de mudança de frequência ou por conta de um evento de estágio de subfrequência.
• Na detecção de subfrequência, o dispositivo deve acionar a redução de carga para desconectar cargas de acordo com as prioridades calculadas ou com base em prioridades de carga fixa em uma sub-rede. • O dispositivo deve incluir pelo menos duas etapas de redução de carga baseada em frequência para cada
Capacidade de gerenciamento da rede
• O dispositivo deve suportar redes que compreendam pelo menos: - 6 geradores
- 2 transformadores de rede elétrica ou linhas de ligação à rede - 6 barramentos simples
- 4 sub-redes ou ilhas de potência com fontes de energia
- 23 disjuntores críticos associados a fontes de energia e acoplador/disjuntores de derivação de barramento.
- 60 cargas redutíveis com prioridades individuais de redução de carga - 10 cargas redutíveis ou grupos de carga redutível em um único barramento
- 19 prioridades de carga atribuíveis ao usuário, comuns a todos os modos de redução de carga
Mecanismo de operação à prova de falhas
• O dispositivo deve incluir um mecanismo de segurança para bloquear e evitar automaticamente a redução de carga rápida e lenta em uma sub-rede específica em caso de falha de comunicação entre o dispositivo e um relé de proteção ou dispositivo de I/O associado a uma fonte de energia.
• O dispositivo deve bloquear automaticamente a redução de carga rápida e lenta em todas as sub-redes em caso de falha de comunicação entre o dispositivo e um relé de proteção ou dispositivo de I/O, asso-ciado a um alimentador que afete a topologia da rede.
• O dispositivo deve incluir um mecanismo de inibição do alimentador de carga para ignorar automatica-mente o alimentador de carga nos cálculos de prioridade de redução de carga e impedir a emissão de co-mandos de acionamento de redução de carga para desengatar o disjuntor quando as seguintes condições se aplicam:
- Falha de comunicação entre o relé de proteção do alimentador de carga ou dispositivo de I/O e o disposi-tivo LS
- O mecanismo de supervisão do circuito de desengate do disjuntor do dispositivo relatou um estado de-feituoso
- O relé de proteção do alimentador de carga ou dispositivo de I/O está no modo de teste
- Deverá ser possível bloquear manualmente a redução de carga rápida e lenta e inibir os alimentadores de carga.
• Deverá ser possível ativar manualmente as funções de redução de carga separadamente para cada sub--rede e desativar simultaneamente todas as funções habilitadas em todas as subsub--redes.
• O dispositivo deve assegurar que as funções de redução de carga manual e de subfrequência sejam ativa-das quando as funções de redução de carga rápida ou lenta estiverem bloqueaativa-das.
• O dispositivo deve permitir o bloqueio de alterações através da parametrização, especialmente quando as condições da causa são conhecidas.
Considerações de rede estendida
• O dispositivo deve funcionar como um dispositivo intermediário junto a um ou dois outros dispositivos de redução de carga quando uma configuração de rede de energia exceder a capacidade de um único disposi-tivo. Em uma configuração estendida, todos os dispositivos devem ser responsáveis pela rápida redução de carga em sua área designada na rede elétrica, considerando a potência ou capacidade disponível de áreas adjacentes da rede elétrica.
• O dispositivo de uma área de rede elétrica também deve iniciar a redução rápida de carga em áreas adja-centes à rede elétrica através de seus respectivos dispositivos de redução de carga.
Integração em um sistema externo de redução de carga
• O dispositivo deve suportar o acionamento do cálculo de equilíbrio de potência com base em um evento de processo externo.
• O dispositivo deve aceitar as instruções de ativação de redução de carga e as instruções de prioridade de redução de carga de um sistema externo de redução de carga.
Interface de entrada e saída de aplicação
• O sistema de redução de carga deve incluir o dispositivo de redução de carga, os relés de proteção e/ou os dispositivos de E / S e uma IHM de automação de substituição ou redução de carga compatível com IEC 61850, usando a comunicação GOOSE (Evento de Substituição de Orientado por Objeto Genérico) da norma IEC 61850.
• O dispositivo deve interagir com a IHM de automação de substituição ou redução de carga dedicada de acordo com o perfil MMS (Especificação de Mensagem de manufatura) da norma IEC 61850.
• Todos os dispositivos ou unidades que participam da redução de carga devem trocar dados de I/O necessários para ativar e executar a redução de carga.
• Todo relé de proteção ou dispositivo de I/O associado a uma fonte de energia do gerador será configurado para fornecer ao dispositivo de redução de carga pelo menos a seguinte entrada:
- Valor de potência ativa trifásica
- Valores atuais de linha (se necessário) para detecção de sobrecarga - Status de desengate mestre e/ou desengate de turbina
- Status do disjuntor e/ou chave seccionadora - Status de posição de serviço de disjuntor - Status de modo de teste do relé de proteção
• Todo relé de proteção ou dispositivo de I/O associado a uma fonte de energia do transformador de rede será configurado para fornecer ao dispositivo de redução de carga pelo menos a seguinte entrada:
- Valor de potência ativa trifásica - Valor das correntes de linha - Status de desengate mestre
- Status do disjuntor e/ou chave seccionadora - Status de posição de serviço de disjuntor - Status de modo de teste do relé de proteção
• Todo relé de proteção ou dispositivo de I/O associado a um consumidor de carga ou energia será configurado para fornecer ao dispositivo de redução de carga pelo menos a seguinte entrada:
- Valor de potência ativa trifásica - Status do disjuntor
- Status de supervisão do circuito de desengate - Status de modo de teste do relé de proteção
• O relé de proteção ou dispositivo de I/O da seção de barramento será configurado para fornecer ao dispositivo de redução de carga pelo menos a seguinte entrada:
- Valor de potência ativa trifásica - Valor de frequência
- Status do disjuntor e/ou chave seccionadora - Status de posição de serviço de disjuntor
- Status de modo de teste do relé de proteção e controle
- Ativação dos estágios de taxa de mudança de frequência ou subfrequência
• A IHM do sistema de redução de carga ou sistema de automação de substituição deverá ser configurada para fornecer ao dispositivo de redução de carga pelo menos a seguinte entrada:
- Redefinição da redução de carga lenta para todas as fontes de energia - Prioridade manual de redução de carga ou valor de energia em cada sub-rede - Ativação manual do comando de redução de carga em cada sub-rede
- Redefinição do comando de desengate de redução de carga geral para sub-redes individuais ou todas as sub-redes
• Cada dispositivo de proteção ou de I/O associado a consumidores de cargas ou de energia que participam da redução de carga será configurado para aceitar a seguinte saída do dispositivo de redução de carga:
- Comando de desengate
- Comando de inibição de troca automática (para evitar o fechamento do acoplador do barramento) • Os sistemas de controle do gerador deverão ser configurados para fornecer ao dispositivo de redução de
carga a seguinte entrada:
- O modo operacional do controlador
- Capacidade do gerador (inclui informações sobre a reserva operacional girante)
• O dispositivo de redução de carga que atua como um dispositivo intermediário juntamente a outros dispositivos de redução de carga será configurado para trocar pelo menos as seguintes informações:
- Potência disponível na rede de cada dispositivo dependendo dos recursos da fonte de energia - Status de conectividade da rede de cada dispositivo e a rede de energia adjacente
• Um sistema de redução de carga de nível superior que está integrado ao dispositivo de redução de carga deverá ser configurado para aceitar as informações abrangentes de redução de carga por sub-rede a partir do dispositivo.
• Quando o dispositivo de redução de carga está integrado a um sistema externo de redução de carga, ele será configurado para receber as seguintes entradas:
- Comando de ativação de redução de carga - Informações de prioridade de redução de carga
• O dispositivo de redução de carga deve aceitar um sinal binário, baseado em um evento operacional do cliente, de um sistema externo, como o DCS, para acionar o cálculo de equilíbrio de energia.
Entradas e saídas do sistema e do dispositivo
• O sistema de redução de carga deve suportar a troca de mensagens GOOSE analógicas e binárias entre os dispositivos de proteção ou I/O e o dispositivo de redução de carga.
• A mensagem GOOSE binária entre os relés de proteção ou os dispositivos de I/O e o dispositivo de redução de carga será de acordo com Tipo 1A (desengate), Classe P1 (<10 ms).
• O dispositivo deve incluir um modo de teste para facilitar o teste da cadeia de aplicação completa até que o alimentador de carga receba um comando de redução de carga.
• O dispositivo deve incluir até 14 entradas binárias e 9 saídas binárias.
• A tensão limite das entradas binárias do dispositivo deverá ter ajuste independente entre 15 e 221 V CC. • As entradas binárias do dispositivo, quando energizadas, utilizarão corrente de inrush mais alta para
facilitar o deslocamento de possível sujeira ou sulfeto da superfície do contato de ativação.
• O dispositivo deve incluir, opcionalmente, entradas analógicas configuradas para receber correntes de linha trifásica diretamente de TC secundários de duas fontes de energia.
• O dispositivo será considerado como uma unidade de nível de subestação, incluindo uma IHM com botões e funcionalidades de supervisão, indicação e monitoramento.
Operação de redução de carga
• O dispositivo deve operar e emitir comandos de redução de carga para alimentadores de carga
identificados dentro de 20 ms (ou mais rápido) do recebimento de informações sobre perda de uma fonte de energia ou uma deficiência de energia disponível em uma sub-rede.
• O tempo total de operação do sistema de redução de carga será de 60 ms ou mais rápido.
• O tempo de desempenho de ponta a ponta do sistema de redução de carga será de 110 ms ou mais rápido, incluindo o tempo de operação do disjuntor do alimentador de carga (aproximadamente 50 ms).
• O dispositivo deve responder a uma condição de desengate em cascata desencadeada por várias fontes de energia.
Informações e relatórios sobre a IHM local
• O dispositivo deve suportar as seguintes funções da IHM: configuração, monitoramento e redução manual de carga.
• O dispositivo deve suportar a visualização de diagramas de linhas simples (SLD) importantes de redução de carga, dados de entrada, como fluxos de energia, status do disjuntor, parâmetros de configuração e dados operacionais para a redução de carga rápida, lenta manual e baseada em frequência através da IHM local.
• Para coletar informações de sequência de eventos (SoE), o dispositivo deve incluir uma memória não volátil com capacidade de armazenar para no mínimo 1000 códigos de evento com marcações de tempo associadas e textos de evento definidos pelo usuário com uma resolução mínima de 1 ms.
• O dispositivo deverá incluir um registro de distúrbios com suporte a frequência de amostragem de 20 amostras por ciclo e com até 40 canais de sinal analógico e 64 canais de sinal binário.
• O dispositivo deve desencadear a criação de um relatório de perturbação numérica sobre a ocorrência de um evento de ativação de redução de carga, que será armazenado em uma memória não volátil e acessível através da IHM local. Esse relatório será configurável e incluir pelo menos as seguintes informações:
- Balanço de potência para cada sub-rede
- Prioridade de redução de carga para cada sub-rede
- Informações gerais de início e operação de redução de carga - Informações de início e operação de redução de carga rápida e lenta
- Informações de bloqueio de redução de carga para cada sub-rede em caso de ocorrência de um evento de operação de redução de carga
- Acionador manual de redução de carga para cada sub-rede - Comando de redefinição de redução de carga para cada sub-rede - Ativação de redução de carga para cada sub-rede
• O dispositivo deve suportar não menos que 100 relatórios de perturbação.
Relatórios de informação sobre a redução de carga através da IHM da subestação
• Será possível interagir o dispositivo de remoção redução carga com uma IHM da subestação para visualizar as operações de redução de carga.
• A IHM da subestação deve complementar o dispositivo de redução de carga e apresentar os aspectos gerais do sistema relacionados à redução de carga.
• A IHM da subestação e o dispositivo de redução de carga devem ser interligados usando o perfil de comunicação MMS da norma IEC 61850, onde a IHM da subestação é o cliente e o dispositivo de redução de carga é o servidor.
• A IHM da subestação deve exibir as seguintes informações de redução de carga para cada sub-rede: - Configuração de barramento ou rede
- Disponibilidade de energia - Consumo de energia
- Equilíbrio de energia na rede de cada dispositivo - Potência de carga inibida pelo sistema
- Potência de carga inibida pelo operador
- Imprecisões de medição que causam uma incompatibilidade de carga - Carga líquida disponível para redução de carga
- Tabela de carga
- Informações de status de redução de carga (por exemplo, habilitar, bloquear) - Exibições de diagrama de linha única de subestação e redução de carga - Cargas calculadas e efetivamente reduzidas
- Equilíbrio de energia em cada sub-rede onde um dispositivo de redução de carga está funcionando como um dispositivo intermediário
- Conectividade entre a(s) área(s) de rede adjacente(s) - Status de comunicação entre dispositivos integrados
- Status e informações de redução de carga da(s) área(s) de rede adjacente(s) conectada(s)
- Redução de carga ativada por um dispositivo de redução de carga em uma área de rede adjacente • A IHM da subestação deverá facilitar a incorporação de qualquer lógica de aplicativo de nível de processo
para complementar o aplicativo de redução de carga em execução no dispositivo. Os aplicativos em execução na IHM da subestação e o dispositivo de redução de carga devem trocar informações com base em GOOSE para facilitar a redução mais rápida da carga.
• A IHM da subestação deve monitorar e analisar as mensagens GOOSE trocadas entre os relés de proteção, os dispositivos de I/O, o dispositivo de redução de carga e a própria IHM da subestação.
Comunicação
• O dispositivo deve oferecer suporte à norma IEC 61850.
• O dispositivo deverá ter uma porta Ethernet com uma interface galvânica (RJ45) ou óptica (LC). • O dispositivo deverá ter uma porta Ethernet (RJ45) no lado frontal para parametrização local e
recuperação de dados.
• O dispositivo suportará até cinco clientes IEC 61850 (MMS) simultaneamente.
• O dispositivo suportará os métodos de sincronização de tempo SNTP (Simple Network Time Protocol) e IRIG-B (Inter-Range Instrumentation Group - Time Code Format B).
• O dispositivo deve suportar a supervisão de mensagens GOOSE binárias e analógicas para garantir a integridade dos dados, a confiabilidade do sistema e a operação segura da função de redução de carga.
Engenharia e configurabilidade
• O dispositivo deverá ter uma interface homem-máquina baseada no navegador (IHM web) que deve fornecer acesso a:
- Sequência de eventos (SoE) - Status do dispositivo
- Configurações de parâmetros - Medições
- Registros de perturbações - Status programável do LED
• O dispositivo deverá ter no mínimo 15 LEDs tricolores livremente configuráveis e programáveis.
• O dispositivo deverá ter no mínimo 4 páginas de IHM local configuráveis pelo usuário incluindo medições e diagrama unifilar (SLD).
• O dispositivo deverá ter uma ferramenta de configuração gráfica para a aplicação completa de redução de carga, incluindo suporte à programação lógica multinível, funções aritméticas e binárias, temporizadores, flip-flops, etc.
• A ferramenta de configuração do dispositivo será idêntica àquela usada para os relés de proteção e dispositivos de I/O.
• A ferramenta de configuração de relé deverá incluir a visualização on-line do status da aplicação do dispositivo de redução de carga.
• A ferramenta de configuração do dispositivo deverá facilitar uma engenharia de aplicação de redução de carga fácil de usar.
• Será possível manter a ferramenta de configuração do dispositivo atualizada utilizando uma funcionalidade de atualização on-line.
• A ferramenta de configuração do dispositivo suportará a visualização de eventos, relatórios e visualização de registros de distúrbios.
• A ferramenta de configuração do dispositivo deve incluir a documentação completa, incluindo detalhes técnicos e de operação.
• A ferramenta de configuração do dispositivo deve incluir funcionalidade para comparar a configuração arquivada com a configuração no dispositivo.
• A ferramenta de configuração do dispositivo deve permitir a configuração da comunicação vertical e horizontal baseada em IEC 61850, incluindo GOOSE.
• A ferramenta de configuração do dispositivo deve suportar a importação e exportação de arquivos IEC 61850 válidos (ICD, CID, SCD, IID).
• Deverá ser possível atribuir livremente entradas de corrente para funções de medição de redução de carga. • O dispositivo deve facilitar a construção de lógicas programáveis adicionais para complementar as
principais funções de redução de carga e também personalizar as indicações LED e os botões da IHM local.
Testes de tipo e outros requisitos de conformidade
• O dispositivo deverá ter um intervalo de temperatura operacional contínua de -25 a +55 °C e um intervalo de temperatura de transporte/armazenamento -40 a +85 °C.
• O dispositivo deve atender aos seguintes testes mecânicos: IEC 60255-21-1, -2 e -3 de acordo com a Classe 1 para conformidade com vibrações, choque, colisão e sísmica.
• O dispositivo deve atender aos testes de compatibilidade eletromagnética (EMC) de acordo com a IEC 60255-26.
• O dispositivo será testado de acordo com os requisitos da IEC ou de uma norma equivalente.
Informações adicionais
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