Rodovia Marechal Rondom – Km 348,2

SNPTEE
SEMINÁRIO NACIONAL
DE PRODUÇÃO E
TRANSMISSÃO DE
ENERGIA ELÉTRICA
GSE-24
19 a 24 Outubro de 2003
Uberlândia - Minas Gerais
GRUPO XIII
GRUPO DE ESTUDO DE SUBESTAÇÕES E EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS - GSE
SUBSTITUIÇÃO DE RETIFICADORES 125VCC POR FONTES CHAVEADAS MICROPROCESSADAS
Naira Fraga Batista
Geraldo de Camargo*
CTEEP
Joseval Gomes Fasseira
RESUMO
Este trabalho tem por objetivo apresentar a evolução, o
desempenho e os ganhos obtidos com a instalação de
Sistema de Retificadores Chaveados, supervisionados
por uma Unidade de Supervisão microprocessada.
Através deste Sistema é possível identificar eventuais
falhas com total precisão, minimizando custos e
agilizando o processo de reparo, possibilitando o
Planejamento, a Programação e o Gerenciamento das
atividades da Manutenção .
1.1 – Sistemas antigos
Os Retificadores que estamos substituindo, ainda são
da década de 60, a maioria do tipo NIFE – BTU. São
Retificadores estáticos, cuja tensão e correntes são
controladas por um transdutor autoexcitado; algumas
pontes retificadoras ainda são de selênio, tanto no
circuito de potência como no circuito de controle
(Figura-1). Esses Retificadores ocupam um espaço
físico muito grande, além de uma variação
considerável da tensão de saída e alto ripple (gráficos
1 a, b ,c).
PALAVRAS-CHAVE: Retificador, Fonte Chaveada,
Sistema 125Vcc, Bateria.
1.0 - HISTÓRICO
A CTEEP, como uma das maiores Empresa de
Transmissão de Energia Elétrica do país é muito
criteriosa e exigente quanto à qualidade dos
equipamentos e soluções utilizadas. Por isso a
Empresa possui profissionais especializados na
homologação e testes de equipamentos.
Nossa equipe realizou visitas às Fábricas de
Retificadores, onde a tecnologia é desenvolvida e
analisou três fatores fundamentais: Hardware, Software
e Assistência Técnica (treinamentos e peças reservas).
Todos os resultados apresentados no campo da
energia confiável foram plenamente satisfatórios, com
soluções completas para atender às nossas
necessidades.
Com a instalação de relés de proteção digitais,
controladores lógicos programáveis e outros
equipamentos que necessitam tensão 125vcc
estabilizada e altamente confiável, levantou-se a
necessidade de melhorias na Qualidade do Serviço
Gráfico 1-(a): Tensão de saída dos Retificadores NIFE
Auxiliar 125Vcc das Subestações, devido ao alto ripple
BTU da SE Bauru.
e a oscilação de tensão dos atuais Retificadores.
*Rodovia Marechal Rondom – Km 348,2 - CEP 17015-970 - Bauru - SP - BRASIL
Tel.: (14) 239-1010 - Fax: (14) 239-2056 - E-MAIL: [email protected]
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Gráfico 1-(b): Ripple da Tensão de saída dos
Retificadores NIFE BTU da SE Bauru.
Gráfico 1-(c): Ripple da Tensão de saída dos
Retificadores NIFE BTU da SE Bauru (ampliado).
2.0 – ESPECIFICAÇÃO DE NOVOS SISTEMAS
Figura 1-(a): Sistema NIFE - 3BTU da SE Araraquara
de Retificadores 125Vcc do tipo
Após reuniões com a Divisão de Manutenção de
Subestações - TES e contatos com vários fabricantes,
ficou definido que em algumas Subestações os
Retificadores Estáticos seriam substituidos por fontes
chaveadas microprocessadas devido as dimensões
compactas, características precisas de respostas e
tecnologia de alta freqüência de chaveamento na
conversão de potência, possibilitando redução dos
componentes magnéticos, dimensões e peso.
Optou-se por um Projeto modular expansivo,
compacto, paraleláveis, composto por Fontes
Chaveadas e Unidade de Supervisão microprocessada
com comunicação e monitoração local e remota,
através de softwares de configuração e gerenciamento.
Pensando em diminuir o custo da Manutenção
especificamos Retificadores com MTBF – Tempo
Médio entre Falhas superior a 50 anos.
3.0 – COMPOSIÇÃO DO SISTEMA
Um dos Sistemas instalados pela CTEEP é o da
Subestação de Bauru. Fornecido pelo grupo Invensys
Energy Systems com a marca Saturnia. Trata-se de um
Sistemas de Retificadores (SRs) modelo 2x160A/125V.
O Sistema de Retificadores (SR) da Saturnia tem como
composição básica as seguintes unidades:
3.1 – Unidade Retificadora Chaveada (UR)
Figura 1- (b): Transformador e Transdutor NIFE - BTU
A Unidade Retificadora (UR) converte a energia CA em
energia CC para suprir a corrente requerida pelos
consumidores e para a manutenção da carga e recarga
das Baterias do sistema CC. Utiliza a tecnologia de
chaveamento em alta freqüência, com regulação da
tensão de saída da UR feita por Modulação de Largura
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de Pulso (PWM). Esta tecnologia permite elevado
rendimento na conversão de potência.
O Sistema normalmente é composto de mais de uma
UR, na quantidade proporcional a capacidade
requerida pelo sistema mais uma UR reserva (N + 1).
As UR’s são disposta em rack, com capacidade de até
quatro UR’s e funcionam em paralelo (Figura 2-a).
3.2 – Unidade de Distribuição (UD)
Na UD é feita todas as conexões de potência do
Sistema de Retificadores. Ela é composta de
conectores para entrada de alimentação CA, saídas
para consumidores CC e Bateria, varistores e fusíveis
para proteção das outras unidades, instrumentos de
medição Amperímetros e Voltímetros digitais. Também
disjuntores para proteção e comando liga-desliga
colocados na alimentação CA e saídas CC Consumidor
e Bateria (Figura 2-b).
Figura 2-(a): Sistema de Fontes Chaveadas e
Unidades de Supervisão 125Vcc da SE Bauru
3.3 – Unidade de Supervisão (US)
É responsável pela supervisão geral do sistema, a
saber: a alimentação CA, o fornecimento de CC para
as Baterias, as UR’s e a saída para os Consumidores
dentro da faixa tolerada pelo mesmo e as Baterias.
Além desta propriedade, é responsável pela
sinalização local e remota do comportamento de todas
as Unidades integrantes do Sistema, bem como pela
atuação dos sensores em geral (Figura 2-b).
3.3.1 – Atuação no controle de Retificadores
A Unidade de Supervisão dispõe de circuitos para
controle do funcionamento dos Retificadores no
Sistema de Operação Contínua dos Retificadores em
paralelo (HOT STAND-BY). Neste sistema, cada
Retificador é comutado, por vez, para a posição Liga,
via chave apropriada no mesmo. Com isto, o
Retificador é ligado assumindo características de
tensão regulada e de limitação de corrente.
Devido ao uso de Bateria Regulada por Válvula é
acoplado um circuito a Unidade de Supervisão que fará
a variação da tensão dos Retificadores em função da
temperatura das Baterias. Os Retificadores com suas
características básicas de saída inalteradas receberão
comandos da Unidade de Supervisão apenas para
desligamento de proteção, quando da ocorrência de
tensão alta no consumidor e CA anormal.
Figura 2-(b): Sistema 125Vcc: Unidade de Distribuição
e Unidade de supervisão
3.3.2 – Supervisão dos Equipamentos do Sistema
A Unidade de Supervisão engloba uma série de
sensores, alguns, desempenhando funções essenciais
e outros com funções que embora não essenciais,
exercem grande influência na obtenção de elevada
confiabilidade para a fonte.
Considera-se como funções essenciais aquelas
indispensáveis ao funcionamento ou às proteções
básicas dos equipamentos e dos consumidores.
Entre os sensores existente convém destacar:
- Sensor de Flutuação anormal
- Sensor de Falha de CA.
- Sensor de compensação temperatura amostrada
sobre as Baterias
Diagrama de bloco do Sistema de Retificadores
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4.0 – TENSÃO DE SAÍDA
5.0 – SISTEMA DE SUPERVISÃO REMOTO (SIS)
Para que possamos fazer uma comparação com a
tensão de saída apresentada pelos Retificadores NIFE,
verificaremos a seguir as formas de ondas de saída do
Sistema 125Vcc da Saturnia (gráfico 2). Lembramos,
que conforme Instrução TR/070 (Ensaios e
Verificações em Baterias e Retificadores) o valor
máximo admissível da tensão de ondulação “ripple” é
de 2% da tensão nominal (RMS).
Foram realizadas diversas medições da tensão de
ondulação da saída, para correntes de saída de 5%,
50% e 100% da corrente nominal. Em todas as
medidas o ripple foi inferior a 1 (um) Volt.
Este software permite que um operador remoto possa
efetuar comandos, ajustes e configuração do
equipamento, afim de que o mesmo possa verificar o
correto funcionamento ou verificar/corrigir algumas
falhas antes de se deslocar para o local onde o
equipamento está instalado.
Para que este software possa ser instalado em um
microprocessador tipo PC, o mesmo deverá conter as
seguintes características mínimas:
- Microprocessador Pentium 133MHz;
- 16 Megabytes de memória RAM;
- Espaço de 1 Mbyte no disco rígido para instalação do
software;
- Modem interno de 28800 bps ou superior;
- Windows 95 ou superior.
SAÍDA CONSUMIDORESSAÍDA BATERIASENTRADACAUR2UR3UR4UR1USUDRACK
LinhaTelefônica RS232SISTEMA DESUPERVISÃO REMOTO (SIS) ( Supervisão via RS232 )SISTEMA DESUPERVISÃO REM
Gráfico 2-(a): Tensão de saída Sistema 125VCC da
Satúrnia.
Sistema de Supervisão Remoto
6.0 – BATERIAS ESTACIONÁRIAS CHUMBO ÁCIDAS
REGULADAS POR VÁLVULA
A Bateria Regulada por Válvula é um produto de última
geração, produzida por diversos fabricantes de
sistemas de energia e acumuladores. Comercializada
no Brasil a aproximadamente 8 anos e em operação na
CTEEP há quatro anos, porém temos uma Bateria
instalada em caráter de experiência a sete anos. Foi
desenvolvida para operar sem manutenção, sendo
projetada para uma vida útil superior a 10 anos
(Figura.3).
Gráfico 2-(b): Ripple da tensão de saída das Fontes
Chaveadas Saturnia.
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6.2.2 – Temperaturas abaixo da nominal
Nas temperaturas abaixo de 25°C, todas as reações se
processam com menor velocidade, ocasionando efeitos
opostos como:
- Diminuição da capacidade disponível;
- Aumento da vida útil em flutuação;
- Diminuição da auto descarga;
- Diminuição da probabilidade de secagem do
eletrólito.
Portanto deve-se considerar que para acumuladores
Regulados por Válvula a faixa operacional ideal é de
20 a 25°C.
Não é permitido exceder a temperatura máxima de
45°C, sendo que a partir de 35°C aumenta a formação
de gases.
Figura 3: Baterias estacionárias chumbo-ácidas
reguladas por válvula 125Vcc da SE Bauru.
6.1 – Principais características
- Regulada por válvula, com elementos fechados e
baixíssima emissão de gases;
- Eletrólito fixo na forma de gel (ácido sulfúrico diluído
com densidade 1,25 Kg/l à 25°C;
- Válvula de segurança reguladora pressão,
combinada com pastilha porosa corta chama como
segurança adicional contra explosão;
- Instalação nas posições vertical e horizontal, com
melhor aproveitamento de espaço físico;
- Interligações totalmente isoladas, com possibilidade
de medição de tensão, sem a retirada da capa
protetora;
- Não requer adição de água durante toda vida útil.
Tendo em vista as características acima torna-se
possível a instalação de Baterias Reguladas por
Válvulas em salas com outros equipamentos.
6.2 – Características de vida
Operando a temperatura recomendada, entre 20 e
25°C e sob ótimas condições de flutuação, de acordo
com o fabricante, a expectativa de vida em serviço
mencionada pelo fabricante é superior a 10 anos,
porém a garantia é de 10 anos.
A extensão da vida em flutuação é influenciada por
descargas freqüentes, descargas profundas, tensão de
flutuação e os serviços envolvidos.
6.2.1 – Temperaturas acima da nominal
Nas temperaturas acima de 25°C, todas as reações
(atividades) eletroquímicas do acumulador se
processam com maior velocidade, ocasionando os
seguintes efeitos:
- Aumento provisório da capacidade disponível;
- Diminuição da vida útil;
- Aumento da auto descarga;
- Diminuição na tensão dos elementos para uma
determinada corrente de carga;
- Elevada corrente de carga para uma determinada
tensão de carga;
- Aumento da probabilidade de secagem (dry-out) do
eletrólito.
7.0 –CONCLUSÃO
Nossas Manutenções Preventivas, que antes eram
semestrais, passaram a serem executadas a cada
dois anos, com controles e leituras de valores através
de comunicação remota com o equipamento do próprio
Laboratório de Manutenção.
Atendendo a Política de Qualidade da nossa Empresa,
as Equipes de Manutenção em Equipamentos
Auxiliares, com apoio da Divisão de Manutenção de
Subestações - TES, vêm buscando satisfazer as
necessidades do Sistema e superar as expectativas
dos clientes, através da modernização dos nossos
equipamentos, processos e controles.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
(1) Manual técnico de operação dos Retificadores
NIFE 125VC, tipo BTUZ;
(2) Manual Técnico de Instalação e Operaçâo de
Sistemas de Retificadores 125VCC tipo
SR160A/125V da SATURNIA SISTEMAS DE
ENERGIA LTDA;
(3) Manual Técnico de Instalação e Operaçâo de
Baterias Estácionárias Chumbo-ácidas reguladas
por válvula, tipo OPzV da SATURNIA SISTEMAS
DE ENERGIA LTDA;