Modernização de Sistemas de Proteção

Introdução

O objetivo desse artigo é fornecer as principais diretrizes que se deve observar quando é tomada a decisão de realizar a modernização (ou revamping) de um sistema de proteção de média tensão, substituindo os antigos relés de proteção eletromecânicos por novos relés numéricos (digitais).

Modernizar ou Não Modernizar, Eis a Questão

Existem muitos sistemas baseados em relés eletromecânicos, funcionando há mais de 40 anos, e que ainda são totalmente operacionais e confiáveis. Entretanto, esses relés possuem várias limitações, das quais é possível citar:

• Número limitado de funções de proteção. Basicamente, cada função precisa de um relé específico;
• Incapacidade de registrar eventos ou fazer qualquer tipo de automação;
• Difícil manutenção (parecidos com um relógio suíço) e não há peças de reposição.

Porque modernizar a proteção? A resposta a essa pergunta vai depender da necessidade ou das demandas de cada aplicação. Alguns exemplos estão descritos abaixo:

• Necessidade de obter oscilografias e um registro de eventos em caso de faltas (manutenção centrada em confiabilidade);
• Ampliação ou acréscimo de mais funções de proteção no sistema existente;
• Automação do processo;
• Obsolescência, falta de sobressalentes ou peças de reposição do sistema atual;
• Demanda ou exigência de seguradoras ou outro órgão auditor para a substituição do sistema;
• Aumento do nível de segurança das pessoas e instalações.

Todos os itens listados acima são fortes argumentos para a substituição dos relés eletromecânicos, e deve-se dar uma atenção especial a questão da Segurança das Pessoas e Instalações (tratado no item específico a seguir).

Segurança das Pessoas e Instalações

Um relé de proteção numérico (digital) pode trazer ganhos expressivos para a segurança das pessoas e das instalações de uma planta, pois traz as seguintes vantagens:

• O tempo de atuação dos relés digitais são menores;
• Possibilidade de criar lógicas de proteção para condições adversas. Exemplo: Atuação da proteção de sobrecorrente instantânea em caso de manobra de um disjuntor (inserção e extração);
• Novas funções de proteção que cobrem uma gama maior de falhas. Exemplo: limitação do número de partidas de um motor.

Além disso, em alguns modelos de relés é possível implementar a proteção de Arc-Flash, o que representa um ganho exponencial em termos de segurança para as equipes de manutenção e operação.

Orçamento

Antes de iniciar qualquer trabalho de modernização, é fundamental ter um orçamento disponível para a execução da atividade. O tamanho do budget pode determinar quais e quantos relés serão (ou poderão) ser substituídos. Obviamente o valor disponível não pode ser inferior a uma unidade de relé.

Além de determinar o tipo do relé, o orçamento também vai determinar (ou limitar) o nível de intervenção e serviços a serem executados e contratados.

Em um orçamento limitado, existem algumas alternativas para reduzir os custos da modernização (revamping). Uma delas é interiorizar algumas atividades, tais como: levantamento de campo, projeto, compra de materiais e até a execução da montagem e a parametrização do relé. Essas atividades estão detalhadas no item Etapas Para a Execução.

Escolha do Relé

Existem diversos relés de proteção de média tensão disponíveis no mercado.

Selecionar um relé não é uma tarefa fácil. Primeiro, o valor do produto tem de caber dentro do orçamento. Ele também tem de ser um produto de qualidade e certificado, que atenda aos requisitos técnicos do sistema ao qual ele será aplicado.

Todos os relés de proteção de renomados fabricantes são de excelente qualidade. Sendo assim, qual escolher?

Existem, além do preço e do desempenho, dois bons critérios que podem ser utilizados para desempate: o conhecimento da ferramenta e o suporte que o fabricante fornece.

No primeiro critério, a melhor ferramenta que existe é aquela que você sabe usar. De nada adianta ter o Photoshop instalado em seu computador para editar uma imagem, se você não sabe como usar. Nesse caso é melhor usar o Paint Brush. O mesmo se dá com os relés de proteção. É sempre melhor escolher um relé que já tenha familiaridade, seja por conhecimento do hardware ou por similaridade de programação com algum outro equipamento.

O segundo critério diz respeito ao suporte. Existem fabricantes de equipamentos excelentes, mas que deixam a desejar em termos de suporte, e na hora do aperto, não há a quem recorrer. Por esse motivo, é importante testar os canais de suporte dos fabricantes e verificar se eles atendem aos requisitos. Isso se torna ainda mais importante se estiver sendo implementada a primeira modernização na planta, quando o conhecimento do equipamento ainda não está consolidado.

Funcionalidades

Depois de escolher o modelo e fabricante do relé, é necessário saber quais funcionalidades são necessárias na aplicação. Para isso, deverão ser especificados no mínimo os seguintes itens:

• Tensão de alimentação;
• Funções de proteção;
• Quantidade de entradas e saídas digitais;
• Quantidade de entradas analógicas;
• Tipos de protocolo de comunicação embarcado (Modbus, DNP3, IEC 61850/GOOSE, etc.);
• Portas de comunicação (Ethernet, RS-232, Fibra Ótica, etc.);
• Saídas de alta capacidade para acionamento direto do disjuntor.

Com exceção da tensão de alimentação, todos os demais itens listados acima terão um impacto no custo do relé.

Etapas Para a Execução

Em um processo de substituição de um sistema de proteção, deve-se atentar para algumas etapas necessárias à modernização.

Levantamento de Campo

Algumas instalações possuem esquemas elétricos desatualizados (ou até mesmo nem existem esquemas elétricos), por essa razão essa etapa deve ser a primeira a ser executada.

Projeto

Sabendo o que está instalado e como funciona, é necessário fazer a alteração do projeto elétrico existente. É neste momento que se define os materiais que serão aplicados e também a dimensão da intervenção, que pode ir da mais simples substituição do relé (conexão das entradas analógicas – corrente e/ou tensão – e comando de abertura e fechamento do disjuntor) chegando até a supressão de relés auxiliares (do compartimento de baixa tensão do relé - ver imagem a seguir) e a automação de alguns processos através das entradas e saídas digitais do relé de proteção.

Execução da Montagem

Essa etapa deve ser bem planejada e coordenada, pois na grande maioria dos casos, a substituição da proteção só poderá ser realizada junto com a parada de manutenção programada da planta, que são limitadas em tempo. Os itens abaixo são os requisitos mínimos indispensáveis para o início da execução:

• Projeto concluído;
• Cronograma de execução;
• Serviços e mão de obra já contratados e/ou alocados;
• Todos os materiais necessários para a execução disponíveis na planta.

Parametrização e Ensaios do Relé

Para realizar a parametrização do relé de proteção é preciso ter em mãos o estudo de seletividade. Caso não haja essa documentação, é possível aplicar os parâmetros de ajustes das funções dos relés eletromecânicos para o relé numérico, mas certamente faltarão dados para muitas outras funções da nova proteção.

Entretanto, para as proteções que estão há muitos anos em operação e sem nenhuma documentação, corre-se o risco de os ajustes implementados não serem os realmente necessários para a carga.

Neste caso, a melhor alternativa é sempre refazer o estudo de seletividade.

A parametrização e os ensaios do relé podem (e devem) serem feitas antecipadamente em bancada, e todas as funções de proteção e lógicas de controle testas através dos ensaios de injeção de corrente e tensão com uma mala de testes.

A antecipação dessa etapa garante um ganho de tempo considerável na execução e pode antecipar muitos problemas que possam a ocorrer.

Conclusões

Como visto neste artigo, existem vários fatores favoráveis à modernização, mas mesmo assim, ainda existe um número considerável de relés de proteção eletromecânicos instalados em várias plantas. Uma explicação para isso é o custo considerável para a sua substituição.

Além do custo, existe a questão da própria substituição, que demanda um tempo de execução, e por consequência, a indisponibilidade do sistema a ser modernizado. Ou seja, a troca da proteção tem de ocorrer em uma parada programada, que, dependendo da aplicação, são extremamente curtas (podendo ser de apenas um dia ou até mesmo de poucas horas) e com grandes intervalos entre elas.

O fato é que, a implementação de uma proteção numérica digital, eleva o nível de operação, manutenção e segurança de uma planta a um novo patamar. Então, a resposta para a pergunta “modernizar ou não modernizar, eis a questão” sem sombra de dúvidas é um SIM.