Cabos elétricos, interruptores e infraestrutura de distribuição envelhecidos são propensos a várias falhas todos os anos, resultando em interrupções no tráfego, que atrasam os veículos por vários quilômetros. Essas interrupções não são apenas financeiramente caras devido à perda de receitas de pedágio, mas também acarretam riscos substanciais à reputação e à política, especialmente quando a infraestrutura está localizada em uma artéria de tráfego principal.
Para seu projeto da Bay Bridge, a MDTA precisava de um sistema confiável para alimentar a infraestrutura. Qualquer falha nos quilômetros de cabos de energia precisa ser rápida e automaticamente isolada e a energia rapidamente restaurada para todas as cargas. Qualquer perda de energia de uma das subestações deve ser identificada automaticamente e a energia restaurada para a ponte a partir da subestação alternativa, enquanto as equipes da concessionária trabalham para resolver o problema. Além disso, a equipe das instalações precisa ser notificada imediatamente quando ocorrer um evento e ser capaz de controlar o painel de distribuição remotamente.
A oportunidade: Soluções avançadas de infraestrutura elétrica para a ponte da Baía de Chesapeake
A ponte da Baía de Chesapeake é uma parte essencial de um sistema de transporte integrado que atende à população local e nacional. A ponte se estende por 4,3 milhas sem um único sinal de parada, semáforo ou cruzamento. A infraestrutura elétrica em tais pontes normalmente alimenta pórticos e sinalização de controle de tráfego, câmeras de placas de veículos, equipamentos de desumidificação de cabos de suspensão e outros sistemas e componentes de ITS. Em pontes mais longas como essa, o gerenciamento de perda de tensão exige tensões de distribuição mais altas na faixa de tensão média das classes 5kV-15kV.
O desafio: Manter a infraestrutura de energia da ponte
A estrutura da Chesapeake Bay Bridge está sob constante vibração devido ao fluxo de tráfego e ao vento, o que significa que a infraestrutura de energia que atravessa a ponte está constantemente exposta a forças que podem ser
bastante destrutivas por longos períodos. Além disso, a natureza altamente corrosiva da água salgada geralmente resulta em
corrosão prematura dos materiais e equipamentos de amarração de cabos.
Os cabos estão em risco em qualquer ponto em que possam entrar em atrito com componentes estruturais fixos, como extremidades de conduítes ou juntas de expansão, e as falhas de cabos são a fonte mais comum de interrupções de serviço em sistemas elétricos de pontes. Quando um cabo falha, os sistemas de energia radial tradicionais precisam ser desenergizados até que a equipe de manutenção possa ser acionada para localizar, reparar e reenergizar os cabos, o que normalmente resulta em várias horas de interrupções para cada reparo. Durante esses reparos, os sistemas de controle de tráfego dependem muito de fontes de alimentação ininterruptas (UPS).
Os sistemas tradicionais de distribuição de energia radial não permitem desenergizar uma seção do cabo sem afetar todas as cargas a jusante, pois esses projetos são adequados para pontes únicas.
Portanto, com o objetivo de poder isolar com eficiência qualquer seção problemática do cabo e, ao mesmo tempo, restaurar todas as
cargas possíveis usando as duas fontes de energia disponíveis e/ou o gerador a diesel, a equipe da G&W Electric teve que responder às seguintes perguntas ao considerar a solução certa para esses desafios:
- Como projetamos um sistema elétrico resiliente construído para suportar os fatores ambientais exclusivos da água salgada?
- Como projetamos um sistema elétrico capaz de restaurar o serviço em caso de distúrbios elétricos, reduzindo significativamente o tempo de interrupção?
- Como podemos garantir que as inspeções de pontes possam ser realizadas com segurança regularmente?
A solução: Uma solução avançada de sistema de energia autorrecuperável da G&W Electric
A G&W Electric instala sistemas de Localização de Falhas, Isolamento e Restauração de Serviços (FLISR) e Perda de
Tensão (LOV) há mais de 20 anos e tinha a solução perfeita para a ponte da Baía de Chesapeake. Usando o FLISR e o LOV, a G&W Electric projetou o painel e o controle de forma personalizada para identificar e localizar uma falha no loop; configurou os relés do painel para enviar sinais ponto a ponto entre si para isolar rapidamente uma falha e restaurar a energia; e criou telas centrais de monitoramento/HMI para que eles fossem alertados sobre os eventos e controlassem o painel remotamente.
Além disso, como o desligamento da ponte por um longo período de tempo para acomodar o comissionamento não era uma opção, a G&W Electric testou toda a solução, desde o painel de distribuição, passando pelos relés, até o controle central, com seus recursos abrangentes de teste de aceitação de fábrica (FAT). Com a solução comprovada e testada no ambiente controlado da fábrica, o painel de distribuição foi instalado e a G&W Electric foi enviada ao local para verificar se os controles estavam se comunicando e se todos os sistemas estavam operacionais após o envio.
O sistema de distribuição final implementado é um sistema de energia de autocorreção com um dispositivo de monitoramento central e uma estação de trabalho de controle que permite ao MDTA:
- Analisar remotamente um evento usando dados do painel de controle no loop
- Controle remotamente o painel de distribuição para interrupções planejadas e manutenção
- Alternar entre os modos manual e automático
Localização de falhas, isolamento e restauração de serviços (FLISR)
Como a solução funciona no caso de uma falha:
I. O interruptor de média tensão da cabeceira (interruptor de proteção contra energia reversa) será acionado para interromper a corrente de falha do
.
II. Simultaneamente, o controlador central coleta dados dos dispositivos de campo (relés) para identificar adequadamente a seção problemática do cabo usando a indicação de falha.
III. Depois que a seção problemática for identificada corretamente, o controle central comandará os dispositivos de campo para abrir as vias do interruptor para isolar o cabo com defeito.
IV. O controlador também move o ponto de abertura do sistema para um local predefinido para equilibrar a carga entre as duas fontes de energia, em vez de transferir a carga total para uma das fontes de energia.
V. Quando o cabo com defeito for isolado e houver um novo ponto aberto no sistema, o controlador comandará o interruptor da cabeceira para fechar novamente e restaurar o serviço para todas as cargas conectadas.
Perda de tensão (LOV)
Como a solução funciona em caso de perda de tensão:
I. O controlador central isolará a fonte inoperante na chave da cabeceira (chave de proteção contra energia reversa
).
II. Quando a fonte inoperante for isolada, o controlador fechará um dos pontos normalmente abertos do sistema para restaurar o serviço a todas as cargas afetadas. No caso de perda de ambas as fontes de energia, o controlador central isolará ambas as fontes de energia.
III. Depois que as duas fontes são isoladas, um sinal de partida é enviado ao controle do gerador.
IV. Assim que a tensão saudável for detectada no gerador, uma chave de transferência automática (ATS) fechará em
o caminho do gerador para restaurar todas as cargas conectadas no circuito. O gerador é dimensionado para lidar com a carga nominal total
de todos os dispositivos conectados.
No caso de uma falha na carga conectada a qualquer um dos interruptores de média tensão, a coordenação de tempo sobre corrente permitirá que o interruptor de falha local dispare e elimine a falha antes que o interruptor principal dispare ou que o controle central tome qualquer decisão.
Os resultados: Maior eficiência, segurança e percepções de longo prazo
O novo sistema pode detectar e localizar falhas, isolar o cabo com defeito e restaurar o serviço de forma a equilibrar a carga entre duas fontes de serviços públicos. Ele também transferirá toda a carga de vários vãos de pontes para uma concessionária quando a outra sofrer uma perda de tensão. E, se nenhuma das concessionárias estiver disponível, o sistema pode acionar um gerador, dimensionado para alimentar toda a carga da ponte.
Um sistema de monitoramento e controle remoto oferece aos usuários a capacidade de monitorar e controlar todos os dispositivos, controlar a funcionalidade de automação e realizar um teste para transferir automaticamente todas as cargas energizadas para o gerador.
Benefícios obtidos com o novo sistema:
I. Automação e controle aprimorados: Os sistemas são configurados para reconhecer e reagir automaticamente às falhas do cabo
e aos eventos de perda de tensão.
II. Isolamento eficiente de falhas: A funcionalidade de localização e isolamento automático de falhas economiza tempo do pessoal de manutenção
, enquanto a resiliência de um projeto em anel mantém os sistemas de controle de tráfego alimentados para manter o fluxo de tráfego ininterrupto
.
III. Redução da pressão do tempo de reparo: O sistema economiza o tempo do pessoal de manutenção e reduz a urgência de reparos imediatos.
IV. Controle remoto e isolamento: A equipe de manutenção pode isolar segmentos de cabos remotamente sem interromper a alimentação dos sistemas de controle de tráfego.
V. Aumento da segurança: Proporciona um ambiente mais seguro para inspeções e manutenção de pontes próximas a cabos de média
tensão.
VI. Insights contínuos: A coleta, a análise e o arquivamento de dados podem ajudar no desenvolvimento de curvas de tendência
e na identificação da degradação de componentes ao longo do tempo. Também é possível desenvolver painéis de controle mensais
