Automação de subestações

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A automação industrial

Por definição, a automação é caracterizada por sistemas que integram máquinas mecânicas, pneumáticas, hidráulicas, elétricas ou eletrônicas, que permitem o controle de seu próprio funcionamento, sem a necessidade da utilização de trabalho humano, proporcionando, assim, segurança às pessoas, maior qualidade aos produtos, rapidez no processo de produção e redução de custos.

O objetivo central da automação é criar instrumentos e sistemas que possibilitem um melhor desempenho em relação ao tempo, agregado a um baixo custo e a uma elevada qualidade de produção.

Melhorar as condições de trabalho dos envolvidos no processo, evitando o acesso em situações de risco, e realizar operações que seriam impossíveis de serem realizadas pelas pessoas também são objetivos da automação industrial. Esses processos acabam simplificando as atividades e a necessidade de operadores.

Automação no sistema elétrico de potência

Assim como vários segmentos do mercado, com o avanço das tecnologias e das possibilidades, a distribuição de energia em média e alta tensão também passou por transformações. A possibilidade dos equipamentos de uma subestação comunicarem-se trouxe ganhos significativos ao sistema.

Em sua maioria, as subestações eletromecânicas, que contam com equipamentos mais antigos, compostos por tecnologias descontinuadas, além de grande limitação de supervisão e comando remoto, oneram muito o processo de manutenção e operação do sistema.

Para a operação isso representa:

- Maior número de ações humanas com intervenção direta ao equipamento;

- Maior tempo de atendimento – Manobras telecomandadas;

- Custos diretos e indiretos operacionais;

- Maior exposição ao equipamento, face à necessidade de leituras e inspeções periódicas;

- Menor autonomia em manobras devido à limitação da supervisão.

- Maior exposição humana em riscos operacionais.

Para a manutenção:

- Maior periodicidade de visita;

- Manutenções mais caras – necessidade de maior recurso;

- Maior tempo de reparo (MTTR) devido à limitação de informações;

- Maior taxa de falhas;

- Homem-hora aplicado em equipamento com baixo ou sem valor contábil.

Para se ter ideia, existem fabricantes que sugerem manutenções preventivas anuais, independente de quantas vezes o equipamento foi submetido à interrupção em carga e/ou manobras e de sua carga de operação. Além disso, os equipamentos antigos oferecem maior periculosidade na sua operação, submetendo o operador à exposição, no caso de retirada e inserção na barra, em caso de conjuntos blindados, por exemplo.

A capacidade dos equipamentos se comunicarem permitiu que as subestações sofressem processos de digitalização e automação. Embora se assemelhem as definições, uma subestação digitalizada não conta com os mesmos recursos para a automatização.

Desde a pré-história, o homem já tentava mecanizar as suas atividades. Não é por acaso que, ao longo da história, inventaram a roda, os moinhos movidos por vento ou força animal e as rodas d’água. Essas invenções representam as principais tentativas do homem de poupar esforço para realização de seus trabalhos. Hoje os computadores podem ser considerados a principal base da automação industrial contemporânea. Podemos começar a considerar que o desenvolvimento da tecnologia da automação industrial está diretamente ligado com a evolução dos computadores de um modo geral. Além disso, as redes industriais surgiram quando houve a necessidade de comunicação entre equipamentos e sistemas distintos (OLIVEIRA, 2012, p. 01).

Subestações automatizadas: uma revolução para o sistema e para sociedade

Resumidamente falando, as subestações digitalizadas apresentam dispositivos digitais em proteção, mas não contam com a comunicação desses dispositivos, limitando-se à aquisição de informações remotas.

Já as subestações automatizadas, contam com protocolos e normas de comunicação que permitam não só a comunicação entre si, mas também a leitura e supervisão de todos os valores analógicos e digitais que constam no projeto de automação de uma subestação.

Em ambos os casos, é importante que o processo seja conduzido ou implementado por empresas com know-how, não somente, em prestação de serviços, mas também no desenvolvimento de soluções em distribuição de energia em média e alta tensão, como a CPFL Soluções, conforme evidenciaremos ao longo deste artigo.

Portanto, a automação do sistema distribuição de energia representa um grande avanço tanto para o processo, como para a sociedade.

Uma das normas mais utilizadas no processo de automação de subestações é a norma IEC 61850. Por definição, a norma é um Padrão de Comunicação entre dispositivos de um Sistema Elétrico, que suportam diversos protocolos e podem ser executados em redes TCP/IP (Ethernet), trabalham com mapeamentos padrões MMS (Manufacturing Message Specification), GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event), SV (Sampled Variables) e WebSevices.

A norma permite que os relés de proteção da subestação se comuniquem com os sistemas supervisórios que, por sua vez, comunicam-se com os centros de operações ou de monitoramento, estabelecendo a possibilidade de supervisão e contato remoto.

A norma IEC 61850 distingue as aplicações em três níveis hierárquicos:

Nível de estação: definido pelo capítulo 8-1 da norma, com o mapeamento das camadas de comunicação (TCP/IP), mensagens goose (evento genérico de subestação orientado a objeto - mensagens ágeis ópticas) e sincronização de tempo SNTP (protocolo de tempo de rede simples - GPS).

Nível de vão: definido pelo modelo de dados e aplicações das funções do sistema, concordante com o capítulo 7 da norma.

Nível de processo: é definido no capítulo 9 da norma, com os valores analógicos de tensão e corrente amostrados, trafegando pela rede. Essa separação em níveis é somente hierárquica. Na subestação tem-se apenas um enlace físico, onde as informações são trafegadas.

A arquitetura de uma subestação compatível com a norma IEC61850 é composta por:

Equipamentos de painel:

  • Switch gerenciável
  • Fibras ópticas
  • Relés de proteção inteligentes (IED's)
  • Roteadores
  • Controladores (CLPs)
  • Gateway
  • GPS
  • Sistemas de supervisão e controle (SCADA)
  • Interface homem máquina (IHM)

Equipamentos de pátio:

  • Transformadores de corrente (TC's)
  • Transformadores de potencial (TP's)
  • Transformadores de força
  • Disjuntores
  • Banco de capacitores
  • Chaves seccionadoras
  • Chaves isoladas

Para ilustrar, trazemos a arquitetura de uma subestação compatível com a norma IEC61850, onde os barramentos de processo estão representados e os de estação estão destacados em vermelho e azul respectivamente:

Arquitetura de uma subestação compatível com a norma IEC61850

Como citado, a automação traz grandes benefícios para o processo de produção e para a sociedade. No mercado de distribuição de energia, tratando-se de benefícios para o processo, podemos destacar:

Eficiência operacional: A partir dos prognósticos que se fazem praticáveis com a automação, é possível elaborar planos de manutenção voltados aos equipamentos que apresentam comportamentos indevidos nos registros de operação.

Com os registros é possível identificar defeitos que ainda não geraram uma falha, sendo possível, assim, direcionar a manutenção. A automação de subestação permite que o processo se aproxime, cada vez mais, da manutenção centrada em confiabilidade, atuando da forma certa, no equipamento certo, no momento necessário.

Segurança: A automação garante novos pontos de monitoramento para o sistema, permitindo assim, além da supervisão de grandezas elétricas, monitorar a saúde dos ativos de proteção, a partir de entradas digitais que sinalizam falhas internas, defeitos em sistemas de proteção e controle. A recusa de uma proteção por falha interna pode ser antecipada a partir de sinais de monitoramento no sistema supervisório, preservando a integridade dos equipamentos, sistema e instalações (clientes ou cargas).

Supervisão e telecomando: Esse é o fator primordial para a automação em subestações. Promover a supervisão remota em subestações para múltiplos pontos significa conhecer, em tempo real, toda condição operativa dos equipamentos, medição de grandezas elétricas, registros de eventos, videomonitoramento (permitindo ver condições físicas). Isso significa permitir uma resposta rápida para qualquer evento, sobretudo os que resultam em interrupções.

Isso é tão importante que a supervisão é o telecomando (Para alinhamento de conceito, o Telecomando não seria uma ação remota de comando ou controle após um evento e uma decisão em função da/s variável ou variáveis supervisionadas?). Para que as manobras remotas sejam possíveis é preciso que o sistema de tele controle esteja íntegro. Isso passa pela comunicação do centro de operações com a unidade supervisória da subestação, da unidade supervisória com os dispositivos de proteção e controle

Prognósticos: A possibilidade de análises prévias em eventos no sistema permite maior agilidade na pesquisa do problema, no atendimento e, consequentemente, no tempo médio de reparo no circuito defeituoso (MTBF).

Na prática, a capacidade de analisar eventos no sistema, a partir de seus valores analógicos e digitais, contribui diretamente para a agilidade no atendimento, consequentemente maior disponibilidade no fornecimento.

Características como, proteção atuada, valores medidos, magnitude da corrente de defeito, fase do defeito, comportamento do circuito no momento do problema são informações que podem ser exploradas, em subestações automatizadas, e permitem um melhor direcionamento para a pesquisa e menor tempo de reparo.

Não podemos deixar de abordar os benefícios que uma automação de subestações traz para a sociedade, uma vez que os equipamentos estão sendo supervisionados e telecomandados.

Confiabilidade no fornecimento de energia: A possibilidade do restabelecimento de energia remoto permite que todos os desarmes, oriundos de defeitos transitórios, sejam restabelecidos. Isso representa, em algumas regiões, mais de 70% dos desarmes.           

Além disso, a capacidade de saber exatamente as condições do sistema permite à concessionária se preparar melhor para os atendimentos aos clientes críticos, como: Hospitais, Postos de saúde, Postos de vacinação, clientes que utilizam aparelhos médicos em casa e demais casos.

Segurança nas instalações: As instalações elétricas, por sua natureza, oferecem risco à população, uma vez que são expostas e conduzem energia em baixa, média e alta tensão. Os dispositivos de proteção, alocados nas subestações, garantem que os circuitos, uma vez submetidos a um defeito externo, sejam desligados no tempo correto.

Na prática, eles atuam desligando circuitos defeituosos, como por exemplo: um cabo partido tocando o solo na calçada.

Os circuitos de proteção e controle das subestações automatizadas contam com relés de proteção digital, mais sofisticados e eficazes, quando comparados aos antigos relés eletromecânicos.

 

Soluções para melhor atender o sistema

 

Para que haja sucesso na automação de uma subestação, é essencial que as atividades ocorram com qualidade e segurança. Ter qualidade no serviço passa por:

  • Análise da demanda;

Entender a demanda do cliente para oferecer a solução mais bem customizada para a sua necessidade.

 

  • Estudo da viabilidade técnica e financeira;

A transparência para com o cliente é essencial, por isso a CPFL Soluçõesoferece um serviço de estudo qualitativo da viabilidade técnica, buscando oferecer a solução mais eficaz, atender a saúde financeira do projeto e trazer benefícios ao cliente final.

 

  • Elaboração de projetos civil, elétrico e eletromecânico;

Processo essencial para o sucesso do projeto, onde o know-how na área de manutenção da contratada faz toda a diferença para o cliente. Conhecer como o equipamento será mantido depois é imprescindível para projetar a modernização.

Por isso, para quem contrata, é uma grande vantagem competitiva trazer soluções customizadas, por uma empresa com 108 anos no mercado. A CPFL Soluções conta com profissionais com anos de experiência em manutenção.

“Um grande diferencial do serviço oferecido é que a mesma empresa que projeta também faz manutenção e é referência no setor elétrico”

 

  • Estudos de curto-circuito e coordenação de seletividade;

Entender para melhor atender. Saber não só o nível de curto-circuito para elaborar ajustes, mas também a capacidade e as principais características dos equipamentos e sistemas para projetar um esquema de proteção ágil, seletivo e robusto, de forma a desligar o menor trecho defeituoso possível e permitir a reenergização rápida do sistema. Com foco em segurança e qualidade, a CPFL Soluções é referência no assunto.

 

  • Obras civis, montagem eletromecânica e comissionamento

A execução da obra é um dos momentos mais complexos de um processo de automação. É nesse momento que se apresentam os riscos de segurança e qualidade envolvidos no processo. Nessa fase, a experiência no negócio é primordial para que não haja nenhum tipo de evento envolvendo segurança do trabalho e desligamentos indevidos nos sistemas distribuição.

Tratando-se de segurança, dispor de profissionais experientes na área e dedicados na supervisão das atividades contribui diretamente para o sucesso.

No que diz respeito à qualidade, é inadmissível que em qualquer processo de melhoria do cliente haja prejuízo para a sua produção. Nos comissionamentos, a transposição de circuitos de disparos e novas ligações de proteção e controle oferecem grande potencial de desligamentos indevidos, para isso a CPFL Soluções, além de contar com avaliação periódica do time, conta com treinamentos e acompanhamentos dos profissionais e dos tempos e movimentos do comissionamento. (Entendo não ser necessário)

  • Testes finais, treinamentos técnicos operacionais e energização;

Os testes finais são os momentos mais críticos do processo de automação, uma vez que todo o circuito, alterações e sistemas são testados em tempo real. Momento em que são identificados e tratados os principais defeitos dos circuitos.

Tanto para os testes quanto para o treinamento, a CPFL Soluções dispõe da mais qualificada mão de obra, com profissionais de proteção e controle de referência, no setor elétrico brasileiro, e modelos intensivos de treinamento e prática em campo. (Entendo não ser necessário)

  • Databook com fornecimento de toda a documentação relacionada;

Databook é o agrupamento de informações documentais relacionadas à fabricação, inspeção e testes de equipamentos e processos. Em um processo de automação, onde toda a configuração da instalação é alterada, ter diagramas atualizados e bem elaborados é essencial para o cliente. A CPFL Soluções conta com uma equipe de projetos, focada no cliente, que busca, além de atender os requisitos, oferecer cadernos customizados, facilitando toda atuação pós-automação. (Entendo não ser necessário)

A CPFL Soluções sabe da importância de um pós-venda acessível e disponível e, por isso, disponibiliza canais diretos com profissionais que, inclusive, participam ativamente dos serviços.

Para CPFL Soluções a maior conquista de um negócio é a satisfação do cliente. Por isso busca entender as reais necessidades para desenvolver as soluções customizadas que agreguem valor e tragam mais economia,  eficiência e segurança energética para os negócios..

O processo industrial que é submetido a um processo de automação está exposto a problemas relacionados à produção. Na distribuição de energia, por exemplo, assim como em outros processos produtivos, não é possível parar o processo para realizar a automação da instalação, sendo necessário que a obra seja executada com a cadeia produtiva em funcionamento. Isso aumenta, ainda mais, a responsabilidade de quem oferece os serviços, exigindo grande expertise no assunto.

Uma falha no processo de automação de uma subestação pode acarretar milhares de clientes sem energia ou parada de produção por muitas horas. Ter procedimentos claros, profissionais de ponta, acompanhamento e report on time e ferramentas preliminares de prevenção de desarmes são alguns dos recursos fundamentais. com os quais a CPFL Soluções conta para garantir o sucesso no serviço prestado. (Entendo não ser necessário)

Por isso, o grande compromisso da CPFL Soluções é a qualidade e a segurança no planejamento e execução de um processo, focando sempre no maior bem, a Segurança e o Cliente.
CPFL Soluções

 

 

Texto: Primeira edição publicada na Revista Manutenção sob licença Creative Commons  Licença Creative Commons

Imagens: As imagens possuem licenças específicas, consulte as respectivas legendas
Imagens disponibilizadas pela CPFL Soluções sob licença reative Commons BY-SA


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eberson-muniz Automação de subestações: Uma nova história - Revista Manutenção
Eberson Muniz
Nome: Eberson Muniz
Website: https://cpflsolucoes.com.br/
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Consultor Técnico, CPFL Soluções


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APRESENTAÇÃO:

Eberson Muniz é consultor técnico da CPFL Soluções, empresa voltada para o desenvolvimento de soluções integradas em energia, que vão desde os serviços de consultoria e gestão, comercialização e infraestrutura energética, trazendo mais competitividade e sustentabilidade e apoiando os negócios para que sejam referência e gerem frutos. Na prática, estudam a fundo cada negócio, suas necessidades e a forma na qual consome energia, para sugerir a melhor solução que gere economia, sustentabilidade, eficiência e segurança energética aos seus clientes.

A CPFL Soluções faz parte do grupo CPFL Energia que vive, há mais de 108 anos, a transformação da energia elétrica no Brasil. Desde janeiro de 2017, o grupo faz parte da State Grid: a maior companhia de energia elétrica do mundo.

FORMAÇÃO ACADÊMICA E EXPERIÊNCIA PROFISSIONAL:

Formado em Engenharia Elétrica na Pontifícia Universidade de Campinas, possui Especialização em Engenharia Ambiental pela EXTECAMP/UNICAMP, Especialização em Cogeração e Geração distribuída pela FUPAI/UNIFEI. Está no setor elétrico desde 2007, tendo atuado nas áreas de geração, elaboração de projetos de geração hibrida, diesel e gás, projetos de geração de sistemas fotovoltaicos, projeto de sistemas de proteção, gerenciamento de obras, interfaces com órgãos do Setor elétrico. Na CPFL como Engenheiro projetista, Especialista e foi Gerente de Engenharia.

Atualmente é Consultor Técnico na diretoria comercial, para Grandes clientes na CPFL Soluções, Empresas do Grupo CPFL Energia especializada em Desenvolver e Implementar Soluções em Infraestruturas eletro energéticas e energia.


Literatura Técnica

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