SLD da Subestação: O Que Mostra

Um diagrama unifilar é, sem dúvida, o desenho mais essencial, mas também o mais frequentemente ignorado em uma subestação. Embora não funcione como um diagrama de construção e não seja desenhado em escala, ele convenientemente oculta dois terços das fases. No entanto, cada estudo de curto-circuito, cada configuração de proteção, cada registro de equipamentos de manobra e cada etiqueta de Arc Flash remete ao diagrama unifilar. Quaisquer erros ou atrasos na atualização dele levam a erros subsequentes em todos os outros documentos relacionados.

O diagrama unifilar é, de fato, o desenho mais importante, mas frequentemente negligenciado em uma subestação. Não é um diagrama de construção nem é produzido em escala, ainda assim, ele oculta facilmente dois terços das fases. Independentemente desse fato, cada estudo de curto-circuito, configuração de proteção, registro de equipamentos de manobra e etiqueta de Arc Flash pode ser rastreado de volta ao diagrama unifilar. Quaisquer erros e omissões relacionados à atualização podem resultar em erros em todos os documentos relacionados também.

O que é um SLD e o que não é

Um diagrama unifilar, também conhecido como SLD, é um diagrama no qual sistemas de potência trifásicos são representados por uma linha para cada conexão elétrica. Como as máquinas elétricas são construídas da mesma forma para duas fases, elas podem usar uma configuração não apenas para uma fase, mas para todas as três ao mesmo tempo. Os símbolos usados no SLD determinam qual atualização de máquina é empregada em cada ponto do SLD. Para ser flexível, o SLD adere a uma série de regras especificadas. Na América do Norte, isso significa usar símbolos compostos através da Norma IEEE 315; em outras partes do mundo, o uso de símbolos IEC 60617 é recomendado.

Os dispositivos são representados por suas posições no SLD, enquanto as prioridades das instalações elétricas são retratadas em outros tipos de desenhos. Isso significa que, onde ambas as disposições não podem ser mostradas, a disposição elétrica será exibida.

A distinção entre um diagrama unifilar como uma ferramenta de estudo e como um documento de construção é importante, porque a prática dos EUA traça uma linha mais firme entre os dois do que a maioria dos mercados IEC, como esta explicação de um diagrama unifilar na prática de utilidades e industriais dos EUA estabelece.

O que todo SLD deve mostrar

Um SLD está completo apenas se incluir todos os detalhes necessários. Deixar algo de fora não permitirá que o SLD cumpra seu propósito de funcionar com os estudos para os quais foi projetado:

• Barras, contendo nome ou número e tensão nominal. A representação parecerá uma linha grossa.
• Transformadores, onde você precisa da potência e tensões nominais, impedância em porcentagem, conexão (delta ou estrela), aterramento e faixa de derivação, junto com a semelhança dos enrolamentos.
• Geradores, as informações que devem ser fornecidas incluem potência nominal, tensão terminal, fator de potência, reatâncias e aterramento neutro.
• Linhas e cabos: comprimento, tipo de condutor ou cabo e impedância.
• Dispositivos de comutação: disjuntores, seccionadores e chaves fusíveis, juntamente com suas classificações e posições.
• Transformadores de instrumento, com razões de transformadores de corrente e tensão e quais funções de relé esses transformadores alimentam.
• Cargas e máquinas: potência nominal, fator de potência e dados iniciais sobre partida em caso de motores grandes.
• Compensação: banco de capacitores e reatores com suas classificações em Mvars.

Esta lista é também a razão para a conversão do SLD em esquema de impedância por unidade para estudos. Cada componente será substituído por seu equivalente em por unidade com base no sistema escolhido e o sistema resultante é o que o software de fluxo de carga ou curto-circuito resolverá.

Lendo os Símbolos

Sintonizar na linguagem visual é um trabalho simples após aprender o básico. Uma máquina em rotação aparece como um círculo com um símbolo ao lado da letra: G para gerador, M para motor. Um transformador com duas bobinas aparece como dois círculos enrolados, ou, em vários diagramas norte-americanos, como dois símbolos de enrolamento opostos com símbolos de delta ou estrela ao lado e símbolo de terra próximo a qualquer produto em terra em andamento. Barras coletoras aparecem como linhas grossas com mais linhas finas ao redor indicando circuitos de saída. Um disjuntor aparece como um pequeno quadrado na tradição ANSI, enquanto em esquemas IEC pode ser representado como o símbolo de contrato com uma palavra específica. O desconector funciona como uma lâmina aberta porque, ao contrário de um disjuntor, não é classificado para o trabalho e é tipicamente usado quando não há energia. Fusíveis são representados como ziguezagues ou retângulos nas linhas de desenho.

A primeira coisa, que sempre é feita incorretamente ao ler um SLD pela primeira vez, é confundir dois dispositivos nas proximidades um com o outro. Um disjuntor e um desconector em série podem parecer semelhantes, mas fornecem serviços completamente diferentes: um disjuntor realmente interrompe curtos-circuitos enquanto o desconector fornece isolamento visível. A prática de manutenção, que confunde um com o outro, é a verdadeira razão para acidentes.

Números de Dispositivos e os Equivalentes IEC 61850

Os números em pequenos círculos ao lado dos transformadores de corrente indicam as funções dessas proteções mesmo antes de se referir a qualquer chave. Em conformidade com a IEEE C37.2-2022, 95 números de função de dispositivo e 22 acrônimos são válidos, e normalmente você encontrará o seguinte:

• 52 — disjuntor AC (exclui o relé em si)
• 50 / 51 — sobrecorrente instantânea / sobrecorrente temporal
• 87 / 87T / 87B — proteção diferencial, proteção diferencial de transformador, proteção diferencial de barra
• 27 / 59 — sub-tensão / sobre-tensão
• 25 — verificação de sincronismo
• 79 — re fechamento automático
• 86 — relé fora de serviço

As letras no final dos números restringem a função a uma certa forma, por exemplo, 51P-1 é o primeiro passo na função de sobrecorrente de tempo de fase. A IEC usa designações diferentes para as mesmas funções. Por exemplo, a IEC 60617 usa símbolos simples para quantidade e comparação, como I> para sobrecorrente. A IEC 61850 define cada função como uma instância de nós lógicos, por exemplo, PTOC para sobrecorrente de tempo. Os produtores de relés usam todas as três designações para que os clientes possam encontrar as definições dos relés usando qualquer um dos três padrões. Por exemplo, o manual do relé de alimentação ABB REF615 dá ao seu relé de sobrecorrente não direcional trifásico de baixa etapa as designações de PHLPTOC de acordo com a IEC 61850, 3I> de acordo com a IEC 60617, 51P-1 na IEC-ANSI.

Na imagem, apenas os circuitos secundários dos transformadores são mostrados em sua versão simplificada, ou seja, apenas as polaridades das tensões são desenhadas sem seus caminhos de retorno. Isso facilita a leitura do circuito. Os dispositivos conectados a esses circuitos — relés, medidores, transdutores — recebem a circunferência. Uma instalação que segue essa disciplina de ponta a ponta, desde os transformadores de corrente internos de 10 kV que alimentam os circuitos de relé até os painéis de relé nos quais terminam, é um local onde o SLD permanece útil por décadas em vez de se tornar um documento histórico.

Os Três Diagramas que uma Subestação Realmente Necessita

Um sistema padrão pode produzir numerosos diagramas unifilares, cada um feito para um propósito específico, e misturá-los leva a complicações sérias:

• O diagrama de estudo mostra a subestação reduzida a barramentos e ligações entre eles para sua solução por software de fluxo de carga ou curto-circuito.
• O diagrama de operação retrata todos os disjuntores e isoladores na configuração nó-disjuntor, pois o operador deve entender qual disjuntor alimenta qual célula e que todos os dispositivos ilustrados estão normalmente em seu modo padrão, o que facilita a identificação de um atrelamento de barramento que está normalmente aberto.
• O diagrama de proteção mostra as posições de CT e VT junto com as funções de relé que eles cumprem, bem como os disjuntores que qualquer relé desarma.

Em situações onde algo não pode ser claramente indicado no diagrama unifilar — polaridade do transformador de corrente, conexão de dispositivos de medição — um diagrama trifilar mostrando o neutro junto com as três fases é usado, o que é uma exceção e não uma prática geral.

Arranjos de Barramento e o que Eles Dizem

O design dos barramentos em uma representação esquemática de um sistema de energia reflete tanto sua eficiência quanto seu preço. Portanto, geralmente é a primeira coisa que um especialista qualificado considera:

• Barramento único – a solução mais simples e barata. Qualquer falha ou reparo de um barramento levará a uma interrupção do barramento e à paralisação de todo o circuito conectado a esse barramento. Este design funciona bem para estações de distribuição menores, mas é inaceitável no caso de entrega de energia mais vital.
• Barramento duplo – disjuntor simples ou duplo. A instalação de um segundo barramento ajuda na transferência de cargas; o método de disjuntor duplo permite operações no barramento sem precisar desligá-lo, o que, no entanto, aumenta os custos.
• Barramento em anel – uma disposição do sistema de barramento em círculo, com todos os circuitos alimentados com eletricidade de dois lados. Nesse caso, qualquer interrupção de um disjuntor pode ser facilmente reparada.
• Disjuntor e meio – três disjuntores para apenas dois circuitos, permitindo que todas as cargas permaneçam energizadas mesmo se um barramento ou um disjuntor falhar. É uma solução padrão para sistemas elétricos importantes.
• Barramento principal e de transferência – isso envolve um barramento adicional e um disjuntor de transferência, para que seja possível desligar o disjuntor enquanto a linha permanece energizada.

Examinar as configurações de barramento é a maneira mais rápida de determinar quanta resistência a interrupções um sistema possui, o que explica a enorme diferença de custo entre subestações semelhantes. A questão mais ampla do equipamento — o que uma estação completa precisa e quanto custa — é abordada nesta revisão de o que um pacote completo de subestação realmente inclui para compradores internacionais.

Bays, Switchgear e o Limite do Diagrama

O SLD tem diferentes categorias de bays, incluindo bays de linha de entrada, bays de transformador, bays de acoplador de barramento ou seção de barramento, bays de alimentador e bays de capacitor ou reator. Cada bay é uma unidade que possui seu próprio disjuntor e desconectores, VTs, CTs e chave de terra, enquanto dependendo da posição do SLD na página, cada bay é lido de uma extremidade à outra.

O que aparece no SLD como símbolos integrados em um bay representa na verdade uma quantidade considerável de equipamento real. Na maioria dos casos em aplicações de switchgear isolado a ar de média tensão, o bay se parece com uma unidade retrátil envolta em metal e o layout físico dos símbolos faz a diferença entre a representação pictórica e o equipamento real designado na especificação. A montagem de switchgear metálico retrátil de 12 kV é o hardware que um típico bay de SLD de barramento único ou duplo se resolve no local. Dois bays no desenho, uma caixa na realidade.

GIS e IEC 61850: Duas Coisas Que Mudam o Desenho

Nos últimos dez anos, duas coisas mudaram como os SLDs são feitos.

A primeira é o surgimento de switchgear isolado a gás. Ao contrário do AIS, onde disjuntores, desconectores e chave de terra são desenhados separadamente no diagrama (porque o equipamento está localizado ao ar livre), um bay GIS é geralmente representado como um único bloco, uma vez que todo o equipamento está em uma caixa selada. Se você encontrar um desenho mostrando o layout GIS de acordo com os princípios AIS, é um desenho legado ou simplesmente um erro.

O segundo desenvolvimento é IEC 61850 e bus de processo. No caso da unidade de fusão, os sinais analógicos são digitalizados e transmitidos pela fibra, enquanto a conexão física não indica qual entrada analógica está sendo usada pelo dispositivo eletrônico inteligente (IED). A correlação direta de CT e entrada de relé se torna um conjunto de dados que o sistema pode possivelmente usar em vez de uma conexão direta.

IEC 61850 também permitiu a criação de desenhos legíveis por máquina. O diagrama unifilar agora é transformado em dados, uma vez que a Linguagem de Configuração de Subestação especificada na IEC 61850-6 pode descrever o SLD e seus componentes em forma de dados.

Como Preparar um SLD

Vamos ser realistas: o processo é monótono e a sequência é importante:

• Defina os limites do projeto. Especifique a fonte de energia e o ponto final do diagrama. Depois disso, ninguém se oporá à sua conclusão.
• Reúna as informações sobre a fonte utilizada. Isso inclui seu nível de falha, ponto de conexão, impedância, informações sobre os transformadores utilizados, incluindo sua faixa de tap e grupo vetorial, informações sobre os CTs e VTs utilizados na conexão.
• Coloque o diagrama verticalmente com as fontes na parte superior e as cargas na parte inferior.
• Posicione os interruptores. Os interruptores abertos como laços devem ser marcados como aqueles sem serem enterrados nas notas.
• Adicione os dispositivos ao diagrama elétrico. Inclua a posição do CT e do VT, números de dispositivos ou nomes IEC 61850 e a matriz de disparo.
• Anote as classificações de potência. Um disjuntor sem os parâmetros é sem sentido.
• Verifique os dados com os estudos reais realizados e compare-os com o SLD. Se não concordar, significa que ou a conclusão está errada ou o estudo em si está errado.
• Imprima como um documento controlado com uma caixa de revisão. Um SLD sem controle deixa de ser válido e confiável dentro de um período de um ano.

Por que um SLD desatualizado é pior do que nenhum SLD

Um projeto baseado em um diagrama obsoleto fornece resultados errôneos de forma confiável. Todos os estudos de circuito e cálculos de arco elétrico começam com o diagrama unifilar, e este diagrama é parte de qualquer relatório de arco elétrico e é importante para um local de trabalho. Isso significa que um diagrama desatualizado se traduz diretamente nas classificações de equipamentos, tipos de EPI e configuração de dispositivos de proteção. O problema não é “não sabemos”, mas “achamos que sabemos, mas o número está errado”.

É por isso que o diagrama unifilar ganha seu dinheiro duas vezes — primeiro quando o equipamento é projetado e segundo quando alguém trabalha com o equipamento. Manter o diagrama unifilar atualizado é um trabalho que requer organização em vez de engenharia e geralmente é a primeira coisa a ser esquecida.

Perguntas Frequentes

O que é SLD de subestação?

O SLD da subestação refere-se ao diagrama alfabético que exibe a conexão elétrica e a isolação dos equipamentos do sistema de energia. Todos os circuitos trifásicos no diagrama são representados por uma única linha. Cada aparelho no diagrama é mostrado por uma linguagem simbólica com números que designam seus tipos.

Qual é o significado de SLD em elétrica?

Um diagrama unifilar, frequentemente referido como diagrama de uma linha ou diagrama unifilar, recebe seu nome da representação das três fases do equipamento de energia em uma única linha. Nos mercados IEC, as regras de desenho são derivadas da IEC 61082-1, enquanto os símbolos são retirados da IEC 60617 ou IEEE Std 315 na América do Norte, respectivamente.

O que é um SLD em construção?

Em aplicações de construção, o diagrama unifilar é o documento que define o escopo elétrico: quais alimentadores estão disponíveis, quem os cuida e quais valores são utilizados. Os contratantes o utilizam para precificar o switchgear e o cronograma de cabos; e as equipes de comissionamento o utilizam para estabelecer o programa de comutação e verificar se o equipamento fornecido está de acordo com o projeto.

Como preparar SLD?

No trabalho de construção, o diagrama unifilar fornece informações sobre os elementos elétricos, como o que foi alimentado, o que o está alimentando e como. Os contratantes utilizam este documento ao precificar o switchgear e o cronograma de cabos, enquanto as equipes de comissionamento o seguem para estabelecer o programa de comutação e verificar se o equipamento fornecido corresponde ao projeto.

Referências

1. Portal de Engenharia Elétrica — Compreendendo diagramas unifilares de subestação e o barramento de processo IEC 61850
2. SEL (Schweitzer Engineering Laboratories) — guias de aplicação de proteção e numeração de funções de dispositivos na prática
3. Hitachi Energy — automação de subestações, sistemas IEC 61850 e documentação do portfólio de equipamentos de manobra
4. Siemens Energy — material de referência para subestações de alta tensão e subestações digitais
5. GE Vernova — documentação de soluções de rede sobre esquemas de proteção e design de subestações
6. Mitsubishi Electric — publicações técnicas sobre equipamentos de distribuição de energia e subestações
7. NFPA — NFPA 70E, que exige um diagrama unifilar atualizado para documentação de arco elétrico
8. Comissão Eletrotécnica Internacional — IEC 61082-1, IEC 60617, IEC 81346 e IEC 61850-6

Conclusão

O diagrama unifilar de uma subestação é um diagrama relativamente pequeno com uma grande função. Ele especifica as conexões, qual relé ativa qual disjuntor, e quais classificações se aplicam, e muito depende de estar correto e atualizado: tudo, desde o estudo de falhas até o plano de operação, depende disso. Leia-o, como está, preste atenção aos números atribuídos aos dispositivos e trate a modificação como parte do diagrama e não como uma adição. Para trabalhos de retrofit e extensão, a mesma disciplina se aplica desde a primeira pesquisa de campo, que é a abordagem por trás projetos de atualização de subestações da rede elétrica que começam a partir de um arranjo existente.