Instruções de Aplicação para Dispositivos Limitadores de Corrente de 50kA em Plataformas Offshore de Petróleo

1. Operação do Sistema Com e Sem CLiP (Dispositivo Limitador de Corrente)

Em condições normais de operação, o quadro de distribuição opera da seguinte forma:

• Todos os disjuntores de ligação de barras estão fechados, conectando as três seções de barras em paralelo;
• Dois geradores estão online e fornecendo energia ao quadro de distribuição.

Nesta configuração, a corrente de falha esperada no quadro de distribuição é inferior a 50kA. Portanto, o dispositivo limitador de corrente (CLiP) não é inserido no circuito.

Durante operações de manutenção que envolvem a abertura de um gerador (tirando-o de linha) e o fechamento de outro (sincronizando e conectando), o sistema opera da seguinte forma:

• Todos os disjuntores de ligação de barras permanecem fechados, mantendo as três seções de barras interconectadas;
• Três geradores são temporariamente conectados ao sistema (por um período limitado durante a troca de geradores).

Nesta condição, a capacidade de curto-circuito do sistema aumenta, e a corrente de falha esperada excede 50kA. Como a classificação de resistência a curto-circuito do quadro de distribuição é de 50kA, o dispositivo limitador de corrente deve ser inserido no circuito para garantir a segurança do equipamento.

O CLiP monitora a taxa de aumento da corrente ao longo do tempo. Quando a corrente excede um limite pré-definido, o dispositivo ativa e interrompe a conexão de barras através do derretimento de um elemento fusível interno. Isso limita a corrente de falha real a menos de 50kA, garantindo que permaneça dentro dos limites seguros de design do quadro de distribuição.

Este processo permite o isolamento de falhas sem causar um apagão no sistema de distribuição de energia da eHouse.

Resumo:

• Quando a corrente de falha esperada > 50kA (todos os disjuntores de ligação de barras fechados e três geradores online), o CLiP deve estar no circuito. Esta condição ocorre apenas durante a fase transitória de manutenção de um único gerador.
• Quando a corrente de falha esperada < 50kA (apenas dois geradores online ou dois dos três disjuntores de ligação de barras abertos), o CLiP deve ser desconectado do circuito.

2. Requisitos de Operação e Manutenção

O proprietário da instalação deve aprovar os arranjos operacionais alternativos propostos. As decisões também devem ser baseadas em dados adicionais relacionados ao fusível limitador de corrente, incluindo requisitos de manutenção, vida útil estimada e a capacidade do pessoal responsável pela manutenção do equipamento. Essas ações devem ser incorporadas no manual de operação e manutenção.

3. Projeto e Teste do Fusível Limitador de Corrente

O fusível limitador de corrente deve ser projetado e testado de acordo com padrões reconhecidos, como IEC 60282-1:2009/2014 e série IEEE C37.41, e deve ser adequado para a aplicação pretendida e condições ambientais/operacionais. Deve ser usado apenas um fusível limitador de corrente; qualquer combinação de dispositivos limitadores de corrente requer consideração e avaliação especiais.

O CLiP obteve relatórios de teste de tipo KEMA cobrindo capacidade de interrupção, elevação de temperatura e testes de isolamento, juntamente com registros de calibração para equipamentos de medição. Os testes foram realizados em conformidade com os padrões IEC 60282 e série ANSI/IEEE C37.40.

4. Nível de Isolamento do Porta-Fusível

• O porta-fusível tem uma tensão de choque nominal de 110kV BIL;
• O transformador de isolamento passou por um teste de 150kV BIL e pode ser usado em sistemas de classe 27kV;
• Cada transformador de isolamento passa por um teste dielétrico AC de 50kV durante a produção.

5. Verificação da Adequação do Fusível à Temperatura de Operação

O fusível limitador de corrente foi fabricado e testado de acordo com os padrões IEC 60282-1 ou série IEEE C37.41.

A IEC 60282-1 especifica uma temperatura ambiente máxima de 40°C, enquanto o padrão da sociedade de classificação SVR 4-1-1, Tabela 8, exige 45°C. Deve ser fornecida evidência compatível com o Anexo E da IEC 60282-1 (ou padrões equivalentes) para demonstrar que o fusível é adequado para a temperatura ambiente máxima esperada de 45°C.

Os testes cobrem os requisitos da IEC 60282-1 e ANSI/IEEE C37.41. O teste de interrupção da Série II é mais rigoroso do que os requisitos da IEC, pois exige 100% da tensão de teste (a IEC permite 87%). A G&W testa as obrigações da Série I a 100% de tensão e 100% de corrente - excedendo todos os requisitos padrão. O projeto real usa um dispositivo com classificação de 4000A.

Para um quadro de 5000A sem resfriamento forçado, a margem de elevação de temperatura é de 5K a 40°C ambiente, permitindo que ele carregue 5000A a 40°C e 4000A a 50°C ambiente.

6. Características de Tempo-Corrente e Desempenho Limitador de Corrente

Este tipo de dispositivo não possui uma curva de tempo-corrente (TCC) convencional. Sua operação é concluída em 0,01 segundos - bem antes do ponto de partida das curvas TCC típicas - efetivamente tornando-o um dispositivo instantâneo.

Na prática, cada aplicação é avaliada caso a caso, usando cenários piores (falhas totalmente assimétricas). As correntes do sistema são plotadas com a resolução de tempo apropriada para ilustrar claramente todas as interações. Esta abordagem é superior ao uso potencialmente enganoso de curvas de corrente de passagem de pico.

7. Sobretensão Máxima e Dissipação de Energia Durante a Operação com Alta Corrente de Falha

• De acordo com os requisitos IEC e ANSI/IEEE para equipamentos com classificação de 15,5kV, a tensão de pico durante a operação (máximo medido 47,1kV) permanece dentro do intervalo de 49kV, e não envolve a liberação de grandes quantidades de calor ou vapor associadas à interrupção por expulsão.

• A estrutura de dissipação de calor do CLiP é essencialmente uma barra de alimentação com seções limitadoras de corrente usinadas.

• A dissipação total de calor de um sistema CLiP trifásico a 4000A é aproximadamente 500W.

8. Estudo de Curto-Circuito e Validação da Proteção em Cascata

O estudo de curto-circuito deve demonstrar a função do dispositivo limitador de corrente e como ele reduz a corrente de falha simétrica abaixo do nível de resistência nominal do quadro de distribuição. Se o arranjo proposto for destinado a operar como "proteção em cascata", a conformidade com as condições especificadas no padrão da sociedade de classificação SVR 4-8-2 / 9.3.6 deve ser verificada. O ponto de acionamento e a determinação da corrente de passagem em cada direção devem ser claramente definidos.

9. Cálculo da Capacidade de Resistência da Barra de Alimentação para a Corrente Máxima de Curto-Circuito

Os cálculos devem ser realizados de acordo com os padrões IEC para verificar a capacidade da barra de alimentação de suportar os efeitos mecânicos e térmicos causados pela corrente máxima de curto-circuito esperada.