O Nexus® 1500+ é um analisador de qualidade de onda IEC 61000-4-30 Classe A e um medidor de faturação que funciona também como unidade de medição fasorial (PMU): transmite sincrofasores IEEE C37.118 até 60 tramas por segundo. Um único equipamento na subestação fatura a energia com 0,06 % de precisão, regista os eventos de qualidade de energia e alimenta um sistema de supervisão de área alargada.
As redes com cada vez mais geração baseada em inversores são mais rápidas e menos tolerantes do que aquelas para que o SCADA foi concebido. O SCADA consulta valores a cada poucos segundos sem uma referência de tempo comum; uma PMU, pelo contrário, entrega várias vezes por segundo o módulo e o ângulo de fase de tensões e correntes, referidos ao mesmo tempo absoluto em toda a rede. Integrar essa função no medidor já instalado no ponto de ligação evita uma PMU independente, a sua cablagem e o seu espaço no painel.
Ver o equipamento: ficha do analisador de qualidade de onda Nexus 1500, com catálogo e características.
Que dados entrega a PMU do Nexus 1500+
Um sincrofasor é um fasor (módulo e ângulo) estimado num instante conhecido de tempo absoluto, pelo que os fasores de PMU separadas por centenas de quilómetros se podem comparar diretamente. O Nexus 1500+ transmite:
| Grupo | Canais | No relatório |
|---|---|---|
| Fasores individuais | VA, VB, VC, IA, IB, IC | Sempre |
| Componentes simétricas | V0, V1, V2, I0, I1, I2 (sequência zero, direta e inversa) | Opcional |
| Frequência e ROCOF | Frequência do sistema e a sua taxa de variação (rate of change of frequency) | Sempre (trama C37.118) |
| Analógicos | W, VA e VAR fundamentais (total e por fase); fator de potência de deslocamento (total e por fase) | Opcional |
| Digitais | Entradas digitais de alta velocidade do medidor (estado de disjuntores e relés) | Opcional |
Enviar as componentes simétricas já calculadas poupa esse trabalho ao concentrador de fasores (PDC), e as entradas digitais permitem alinhar no tempo uma manobra de disjuntor com a variação de fasor que provocou.
Sincronização de tempo e taxas de envio
O ângulo de fase só faz sentido se o relógio for preciso: um erro de tempo de ±26 µs a 60 Hz, ou de ±31 µs a 50 Hz, produz já um erro de fase de 0,51° e um erro vetorial total (TVE) de 1 %, o limite de vários ensaios da C37.118. A norma recomenda uma fonte de tempo pelo menos dez vezes melhor.
Para funcionar como PMU, o Nexus 1500+ aceita duas fontes de tempo:
- IRIG-B: código de tempo não modulado de um relógio disciplinado por GPS, ligado à porta IRIG-B do medidor. Se o sinal GPS se perder, o relógio interno (cristal de 3,5 ppm) assume nesse mesmo instante.
- IEEE 1588 PTPv2: tempo de precisão pela rede Ethernet da subestação, com o medidor como escravo PTP e uma lista priorizada de relógios mestres para redundância.
O SNTP e a sincronização pela frequência da rede continuam disponíveis para a medição, mas não para os sincrofasores. As taxas de envio dependem da frequência nominal:
| Frequência nominal | Tramas por segundo |
|---|---|
| 50 Hz | 10, 25, 50 |
| 60 Hz | 10, 12, 15, 20, 30, 60 |
A frequência é medida entre 42,5 e 69,9 Hz, com 45–65 Hz especificados para a C37.118. Fasores, frequência e analógicos podem ser enviados em vírgula flutuante ou inteiro de 16 bits (com um multiplicador para ganhar resolução), e os fasores em forma polar ou retangular.
Conformidade normativa: classe P e classe M
Com firmware 20 ou posterior e chave V-Switch™ 4, 5 ou 6, o Nexus 1500+ cumpre a IEEE C37.118.1-2011 e a sua alteração C37.118.1a-2014 nas duas classes de desempenho, e comunica segundo a IEEE C37.118.2-2011. A classe escolhe-se na configuração de cada instalação.
| Classe P (proteção) | Classe M (medição) | |
|---|---|---|
| Janela de filtragem | 2 ciclos, triangular | 7 ciclos, com filtro passa-banda em torno da frequência nominal |
| Resposta | Rápida: calculam-se um ou dois fasores durante a maioria dos defeitos | Suave: faz a média do defeito e não vê as suas grandezas |
| Uso típico | Localização de defeitos com dados de dois ou três extremos, análise rápida ligada às proteções | Supervisão de área alargada, análise de oscilações, estimação de estado |
O fluxo de sincrofasores usa apenas a C37.118.2; o servidor IEC 61850 do medidor (chaves V-Switch 5 e 6) não é usado para os dados da PMU.
Comunicação e transmissão de dados
A PMU funciona por qualquer uma das duas portas Ethernet do medidor (cobre ou fibra 100Base-FX), uma de cada vez, com a IEEE C37.118.2. As ordens e os dados vão separados por TCP e UDP, de modo que uma sessão TCP perdida não interrompe o fluxo de dados UDP.
Até dois clientes podem manter sessões TCP de ordens em simultâneo. As portas são configuráveis e o identificador do fluxo de dados (Data Stream ID) identifica o medidor perante o PDC. Com o envio automático ativado, a trama de configuração (tipo 1 ou 2) é ainda reenviada a cada 1–3600 s (60 s por omissão), e qualquer alteração de configuração ativa o indicador correspondente e reinicia a transmissão.
Aplicações
- Visão de área alargada: o operador vê tensão, corrente e frequência em muitos pontos com a mesma base de tempo e com um detalhe dinâmico que o SCADA não oferece; os dados podem ser integrados no sistema de gestão de energia (EMS).
- Alerta precoce de instabilidade: uma separação angular crescente ou um gerador que acelera após o disparo de uma linha são detetados antes de o problema crescer.
- Deteção de oscilações: as oscilações interárea de baixa frequência são identificadas, localizadas e classificadas a partir do fluxo de fasores.
- Deteção de ilhas e reposição: a comparação de fase e frequência mostra quando um gerador distribuído alimenta uma zona isolada e ajuda a ressincronizá-la após uma tempestade ou um apagão.
- Localização de defeitos: os fasores de classe P registados nos extremos de uma linha permitem localizar o defeito com dados de dois ou três extremos.
- Análise posterior e validação de modelos: os registos alinhados no tempo explicam as perturbações e validam os modelos do sistema usados no planeamento a longo prazo.
- Pontos de esforço da rede: localizar onde a rede de transporte trabalha mais perto dos seus limites, para aliviar restrições.
Um equipamento, três funções
A PMU partilha o hardware com a metrologia e o motor de qualidade de onda do medidor, pelo que a mesma ligação aos transformadores de tensão e de corrente serve a faturação, a qualidade de energia e os sincrofasores.
| Função | Capacidade-chave |
|---|---|
| Medição de faturação | 0,06 % de precisão em energia; autocalibração Constant Calibration™ a cada 10 s |
| Qualidade de onda | IEC 61000-4-30 Classe A Ed. 3; flicker IEC 61000-4-15 e harmónicos IEC 61000-4-7 Classe A; IEC 62586-2 PQI-A; captura de transitórios a 50 MHz; relatórios EN 50160; até 4 GB de memória |
| PMU | IEEE C37.118.1-2011/.1a-2014 classes P e M; transmissão C37.118.2; IRIG-B ou PTPv2 |
| Comunicações | Até seis portas, com dupla Ethernet (RJ45 ou fibra 100Base-FX); Modbus, DNP3, IEC 61850 com GOOSE, SNMP |
| Cibersegurança | Resilient Cyber Security™: firmware assinado de 512 bits, AES de 128 bits para credenciais, oito perfis configuráveis, interruptores de selagem físicos |
Em subestações, cogerações e produtores independentes, isto significa um só recorte no painel, uma só cablagem e uma só configuração de cibersegurança, em vez de um medidor, um analisador de qualidade de onda e uma PMU em separado.
Como se configura a PMU
- Escolher a fonte de tempo em General Settings › Time Settings: IRIG-B ou IEEE 1588 PTP (medidor como escravo, lista de relógios mestres e taxa de pedidos de atraso).
- Ativar os sincrofasores em General Settings › Communications › Advanced Settings: atribuir a PMU à placa Ethernet 1 ou 2, escolher a classe P ou M, as portas, o modo de destino UDP e o envio automático.
- Definir a frequência nominal, 50 ou 60 Hz, que determina as taxas de envio disponíveis.
- Ajustar os parâmetros da PMU em Tools › Phasor Measurement Settings: Data Stream ID (1–65534, único no sistema), tipos de dados, forma polar ou retangular, taxa de tramas, grupos de dados e nomes dos canais.
Os passos 1 a 3 alteram o perfil do equipamento e reiniciam o medidor; o passo 4 altera-se em funcionamento, sem reinício. O mesmo ecrã mostra o estado da PMU, da sincronização e do envio automático, e assinala erros como a falta de fonte de tempo. Após atualizar o firmware da V15 para a V20, carregue os valores de fábrica nesse ecrã antes de fazer alterações. A configuração faz-se com o software CommunicatorPQA® 5.0.68 ou posterior.
O Nexus 1500+ transforma um ponto de medição numa fonte de sincrofasores conforme às normas, sem hardware adicional. Para quem já precisa de medição de faturação e qualidade de onda Classe A numa subestação ou num ponto de ligação, a PMU integrada acrescenta visão de área alargada, uma análise de perturbações mais rápida e melhores modelos de rede com um custo marginal.