Disjuntor inteligente para sistemas de média tensão

O progresso do equipamento da rede elétrica inteligente de média tensão. Como parte importante da rede elétrica inteligente, a distribuição de média tensão possui um grande número de subestações e equipamentos de distribuição. Após quase 20 anos de desenvolvimento, o equipamento de média tensão madurou tecnologicamente. Os dispositivos inteligentes são um produto do desenvolvimento da tecnologia de controle moderna, tecnologia de sensoriamento e tecnologia de comunicação. Eles são a fusão de dispositivos primários e secundários e representam uma mudança revolucionária. Construir uma rede elétrica inteligente para que não haja limite claro entre "equipamentos primários" e "equipamentos secundários", e dispositivos inteligentes integrados e unificados são a tendência inevitável do desenvolvimento. Ao instalar sensores e componentes inteligentes para monitorar o mecanismo de operação, componentes-chave e características, pode-se alcançar o monitoramento em tempo real do status do disjuntor. No entanto, aumentar o sistema de monitoramento inevitavelmente levará a uma diminuição da confiabilidade do disjuntor. Algumas características-chave, como grau de vácuo e descargas parciais, não possuem tecnologias de monitoramento precisas e confiáveis, e tecnologias imaturas podem causar problemas como alarmes falsos. Por exemplo, o ruído ambiental tem um impacto significativo nas descargas parciais. Comparando as direções de pesquisa e desenvolvimento do equipamento da rede elétrica inteligente de média tensão entre as principais empresas domésticas, pode-se observar na Tabela 1 que a maioria das empresas presta mais atenção ao monitoramento de instituições e componentes-chave, enquanto há menos pesquisa sobre a integração real do sistema.

A equipe de Pesquisa e Desenvolvimento do GE Industrial Systems tem desenvolvido disjuntores inteligentes de média tensão desde 2008. Com base no conceito de design integrado, o disjuntor de vácuo iVB da GE espera alcançar a inteligência do equipamento por meio da alta integração de unidades de sensoriamento eletrônico e sistemas de proteção. O equipamento primário, os sinais secundários e a proteção são perfeitamente integrados para alcançar a máxima integração funcional e criar o máximo valor para os clientes. O disjuntor iVB possui uma função de desarmamento automático com um "cérebro". O disjuntor inteligente iVB é um produto totalmente integrado que substitui componentes discretos de quadros de distribuição tradicionais, como transformadores de corrente, relés de proteção integrados, fiação secundária, etc. O custo total do disjuntor é menor do que o preço total dos componentes discretos tradicionais. Um disjuntor é como um painel de saída. O disjuntor inteligente iVB adota um novo mecanismo de operação a mola compacto com alta confiabilidade, câmara de extinção de arco a vácuo de alta qualidade e elementos de contato, sem necessidade de manutenção e sem necessidade de monitoramento. Ele pode realizar quatro conjuntos de configurações convencionais de abertura e fechamento, bobinas de sub-tensão e sobrecorrente, bem como bobinas de travamento de rede para realizar o travamento entre disjuntores. O dispositivo de liberação rápida pode realizar a abertura rápida dos disjuntores quando necessário. O sinal de corrente é coletado de um sensor baseado no princípio da bobina de Roche, com estrutura aérea para evitar a saturação magnética, sem risco de circuito aberto secundário, faixa de medição ampla e boa linearidade. Uma especificação permite a medição em toda a faixa. Devido ao fato de que os sensores são componentes de baixa tensão instalados em braços de contato de alta tensão, o isolamento elétrico é uma questão importante. O iVB possui excelente análise de campo elétrico e design de isolamento para garantir que atenda ao nível de tensão de teste dos disjuntores.

A EntelliGuard integrada na caixa do mecanismo do disjuntor ™ Unidade de proteção eletrônica TU. Responsável por monitorar os sinais de corrente e tensão em um circuito primário, e fornecer funções de medição, proteção, diagnóstico e comunicação para corrente, tensão, frequência, potência, etc. no circuito primário. Realiza a inteligência dos disjuntores. As principais características são as seguintes: a. Display LCD e menu suspenso, botões táteis, fácil de exibir parâmetros e configurações de parâmetros b. Gravação de falhas e captura de formas de onda, gravação de dados c. Protocolo de comunicação Modbus, gerente de comunicação HMI opcional, pode alcançar a comunicação IEC61850 com os superiores, atendendo aos requisitos do protocolo de comunicação da rede elétrica inteligente d. Curva de proteção completa, pode alcançar a proteção de linhas, cabos, transformadores, capacitores, etc.

O disjuntor inteligente iVB ainda é um disjuntor projetado como um todo, evitando a instalação de unidades de sensoriamento e unidades de proteção em disjuntores comuns, o que torna a estrutura complexa, e pode simplificar muito o processo de preparação técnica de engenharia e processamento de pedidos, alcançando uma entrega rápida; O trabalho de projeto de engenharia é simplificado, e o circuito principal da cubilota já está integrado com os disjuntores, exigindo apenas a adição de um pequeno número de circuitos auxiliares e de sinal; O fiação da cubilota é significativamente reduzida, eliminando o risco e as consequências de conexões erradas, e o trabalho de instalação da subestação também será realizado rapidamente; Integração do sistema de fábrica, inspeção completa dos disjuntores para garantir alta qualidade, segurança e confiabilidade operacional são verificadas. Ao usar um projeto de caixa de energia com funções integradas de disjuntor e chave de aterramento, equipado com travamento mecânico completo, pode ser usado para cubilotas compactas de 550 mm de largura, reduzindo a área de ocupação. Devido à integração das principais funções, a altura e a profundidade do gabinete também podem ser reduzidas. Para fábricas de painéis cooperativas, apenas o painel traseiro e a sala de instrumentos precisam ser feitos, conectados a barras de cobre e facilmente montados em gabinetes. O projeto modular é mais fácil de ser alcançado, substituição rápida, projeto e ferramentaria perfeitos garantem a coordenação precisa entre os interruptores e os gabinetes. Além de completar o teste tipo de disjuntores comuns, o iVB também passou em testes de compatibilidade eletromagnética, incluindo testes de tensão de impulso, testes de grupo de pulsos rápidos transitórios elétricos e testes de imunidade a ondas oscilatórias; E o sensor coleta sinais de corrente, e o teste de disparo do disjuntor é acionado por disparo eletrônico, bem como o teste de vida mecânica de 1000 ciclos do disjuntor acionado por disparo eletrônico.

O contador de chaves inteligente de média tensão iPV Dual da GE visa aproveitar ainda mais as características do disjuntor inteligente iVB; a GE desenvolveu o iPV Dual, um quadro de distribuição inteligente de camada dupla fechado em metal de média tensão. Com base nas características do iVB, o iPV Dual é o quadro de distribuição da próxima geração que atende aos requisitos da rede elétrica, com minimização de fiação e sem necessidade de manutenção. As principais características do quadro de distribuição inteligente iPV Dual são as seguintes:

Os valores medidos dos transformadores de tensão, transformadores de sequência zero, etc. dentro de cada quadro de distribuição podem ser conectados à unidade de proteção no disjuntor por meio de plugs de aviação, e as posições do disjuntor e da chave de aterramento também são conectadas à unidade de proteção. A interface inteligente de interação homem-máquina pode usar cabos pareados trançados ou fibras ópticas para coletar dados de 10 unidades de proteção de disjuntores por meio do Modbus. Um cabo par trançado pode alcançar a comunicação de dados local e a consulta de status. A HMI pode ser conectada ao sistema da estação principal por meio do protocolo Ethernet IEC61850. As funções do sistema do iPV Dual são mostradas na figura a seguir.

A interface inteligente de interação homem-máquina (HMI) serve como o centro da cubículo de distribuição e precisa ser usada como a subestação de controle principal e processador front-end do sistema de automação integrada, formando a camada intermediária do sistema de automação. Ela pode se comunicar com vários sistemas, como a estação principal, via computador IEC61850/MODBUS para cima, e se comunicar com o equipamento terminal MTU na subestação via MODBUS para baixo, concluindo a coleta e encaminhamento de dados do equipamento terminal MTU.

Ao mesmo tempo, a HMI serve como um dispositivo de coleta de dados on-site, exibindo o status do interruptor do diagrama do sistema em tempo real. Através da interface de interação homem-máquina do touch screen, é fácil visualizar dados em tempo real, como tensão, corrente, potência, status do interruptor, etc., do equipamento terminal na subestação, e também pode visualizar curvas de corrente, acidentes, etc., eliminando possíveis acidentes.

O PV Dual é projetado com um tamanho pequeno e compacto, apenas 550mm de largura, circuito de duas camadas e baixo custo. Uma cubículo de distribuição tem dois circuitos de saída, economizando 35% de custos. O barramento principal de alta performance de 12kV atinge 2500A/31.5kA, com uma linha de saída de 1250A. O teste atende aos padrões nacionais, o painel frontal é fácil de operar, design ergonômico e baixo custo de manutenção. Equipado com um gabinete do lado de baixa tensão para facilitar a integração de sinais de equipamentos de controle secundários. Fornece um sistema de travamento completo para evitar operações erradas e melhorar a segurança. A cubículo de distribuição fechada em metal para uso interno é fácil de fabricar e manter. O compartimento interno adota um design de partição totalmente metálica, deixando espaço suficiente para as salas de cabos para facilitar a manutenção e instalação de cabos

Conclusão: Como equipamento importante na rede elétrica, as cubas de distribuição de média tensão existem em grande quantidade e estão diretamente relacionadas ao consumo de eletricidade residencial. A tecnologia dos disjuntores de média tensão e das cubas de distribuição é madura e relativamente confiável. Através de um design adicional e melhoria da qualidade do processo, é possível realmente alcançar a operação sem manutenção. Como uma tendência no desenvolvimento da energia, a rede elétrica inteligente exige a direção correta para realmente integrar aspectos de controle, proteção, monitoramento, comunicação, etc., por meio da integração primária e secundária dos equipamentos do sistema. O disjuntor de vácuo iVB e a cubilha iPV são projetos inovadores da GE na indústria de interruptores, alcançando mudanças revolucionárias na tecnologia de interruptores e maximizando os benefícios para o usuário.