Case de Projeto: Painéis de Distribuição 125 Vcc para Unidade de Refino de Petróleo

Em uma refinaria, o sistema de 125 Vcc é o que mantém proteções, disjuntores e intertravamentos funcionando quando a rede alternada cai. O painel de distribuição 125 Vcc que alimenta esses circuitos trabalha em sistema isolado: uma primeira falta à terra não desliga nada, mas precisa ser detectada e localizada antes que a segunda transforme o problema em parada de unidade.

Para a modernização das máquinas de uma unidade de refino de petróleo, a PMA desenvolveu a engenharia de um conjunto de oito painéis de baixa tensão. Quatro deles foram projetados para montagem e ensaio na PMA: dois painéis de distribuição em corrente contínua, um painel de rearranjo com 120 relés de interface e o gabinete da unidade terminal remota. Os outros quatro, que dependem de ensaios de tipo do fabricante, ficaram sob gestão técnica da PMA.

O desafio

A integradora responsável pela automação do revamp precisava de um fornecedor capaz de ler uma especificação de refino inteira, com lista de cargas e diagrama unifilar típico, e separar com clareza o que podia ser montado em quadro e o que exigia sistema construtivo ensaiado. Os pontos críticos eram estes:

• proteção de circuitos de corrente contínua, em que o arco não se extingue sozinho como em corrente alternada;
• supervisão de isolamento em sistema não aterrado, com localização do circuito em falha;
• isolação galvânica de 120 sinais entre o campo e o CLP, em 24 Vcc e 120 Vca;
• dois centros de controle de motores com exigência de ensaio de arco interno e coordenação tipo 2 por gaveta;
• dois conjuntos para atmosfera explosiva Zona 2, que exigem certificação do conjunto montado.

A solução: painel de distribuição 125 Vcc

1. Dois painéis de distribuição 125 Vcc, de sobrepor, 100 A e 10 kA, IP44 ou superior. Entrada e saídas em disjuntores de caixa moldada, com os polos das saídas ligados em série nos dois condutores do sistema isolado. Barramento positivo e negativo em cobre de 150 A, com anteparo de policarbonato em forma 2b.
2. Supervisão de isolamento (ANSI 64) em cada painel, com alarme remoto, comunicação Modbus TCP e injetor de localização de falta, que permite achar o circuito defeituoso com equipamento portátil sem desligar os demais.
3. Painel de rearranjo autoportante, com 60 relés de interface em 24 Vcc e 60 em 120 Vca, de um contato reversível, para isolação galvânica entre campo e CLP.
4. Gabinete da unidade terminal remota, autoportante, com 120 bornes de passagem, alimentação em 125 Vcc e 127 V e espaço preparado para o rack de E/S digitais.
5. Centros de controle de motores e conjuntos Ex, fornecidos por fabricante homologado, com gestão, diligenciamento e consolidação da documentação pela PMA.

Por que esta arquitetura

Em corrente contínua a especificação exige disjuntor em caixa moldada em todos os circuitos, e a PMA seguiu essa regra também nas saídas. Ligar os polos em série nos dois condutores aumenta a tensão de interrupção disponível e abre o positivo e o negativo ao mesmo tempo, o que é coerente com um sistema isolado.

A engenharia registrou uma condição que costuma passar despercebida: só pode haver um supervisor de isolamento ativo em cada rede de 125 Vcc galvanicamente interligada. Dois supervisores na mesma rede medem um ao outro e geram leituras falsas. Por isso o projeto prevê configurar o supervisor do painel como desacoplado, por entrada digital, se o retificador ou o painel a montante já tiver o seu.

A decisão mais importante foi separar o fornecimento. Ensaio de arco interno, coordenação tipo 2 e verificação de tipo pertencem ao sistema construtivo ensaiado pelo fabricante, e certificação Ex pertence ao conjunto certificado. Montar esses painéis em quadro próprio exigiria refazer ensaios de tipo, com prazo e custo incompatíveis com um revamp. A PMA manteve sob sua responsabilidade a engenharia e a gestão técnica de todo o pacote.

Engenharia envolvida

• Engenharia elétrica: leitura da especificação, da lista de cargas e do diagrama unifilar típico, composição dos circuitos, seleção de disjuntores para corrente contínua e definição da supervisão de isolamento.
• Cálculo térmico: memória de cálculo de elevação de temperatura conforme a ABNT NBR IEC 61439-1, com termostato e resistência de aquecimento nos gabinetes autoportantes.
• Automação: interface galvânica de 120 sinais com o CLP e preparação do gabinete da unidade terminal remota.
• Gestão técnica de fornecedores: diligenciamento dos centros de controle de motores e dos conjuntos Ex, conferência de certificados e consolidação da documentação.

Números da engenharia

• Distribuição em corrente contínua: 125 Vcc, 100 A, 10 kA, barramento de 150 A, cinco circuitos e três reservas por painel.
• Invólucro dos painéis de 125 Vcc: 800 x 800 x 300 mm, de sobrepor.
• Painel de rearranjo: 800 x 600 x 1800 mm, com 120 relés de interface.
• Gabinete da unidade terminal remota: 600 x 800 x 2000 mm, com 120 bornes de passagem.
• Pacote completo: oito painéis, quatro com engenharia, montagem e ensaio previstos na PMA.

Os valores acima foram definidos na engenharia da solução com base na especificação e na lista de cargas recebidas. A composição final de cada painel é confirmada nos documentos de projeto aprovados pelo cliente.

Segurança e conformidade

Com corrente de curto-circuito de 10 kA, os painéis de 125 Vcc ficam isentos da verificação de suportabilidade a curtos-circuitos, e a elevação de temperatura é verificada por cálculo, conforme a ABNT NBR IEC 61439-1. Todos os disjuntores aceitam bloqueio por cadeado, e os painéis têm pinos para aterramento temporário, barra PE e DPS na entrada.

Os centros de controle de motores atendem a ABNT NBR IEC/TR 61641 (arco interno), a ABNT NBR IEC 60947-4-1 (coordenação tipo 2) e as ABNT NBR IEC 61439-1 e 61439-2, com relé inteligente por gaveta e detector de arco no compartimento de entrada. Os conjuntos para Zona 2 são em poliéster reforçado com fibra de vidro, IP65, com segurança aumentada e certificação INMETRO do conjunto montado.

Parceiros tecnológicos da solução

• Bender: supervisão de isolamento para sistema isolado de 125 Vcc, com localização de falta.
• ABB: disjuntores em caixa moldada para os circuitos de corrente contínua.
• Phoenix Contact: relés de interface em 24 Vcc e 120 Vca e bornes de passagem e de terra.
• Rittal: gabinetes autoportantes e controle de temperatura interna.
• Stego: resistência de aquecimento contra condensação.

Aplicações semelhantes

A mesma engenharia de distribuição em corrente contínua serve a subestações industriais, usinas de geração, plantas químicas e petroquímicas, terminais de combustível e indústrias de papel e celulose, onde o 125 Vcc alimenta relés de proteção, bobinas de disjuntores e sistemas de controle. Veja os painéis e quadros para baixa tensão e os painéis de automação da PMA, e a atuação no setor de química e petroquímica.

Perguntas frequentes

Por que usar disjuntor em caixa moldada em corrente contínua?

Em corrente contínua não existe passagem por zero, e o arco de abertura é mais difícil de extinguir. O disjuntor em caixa moldada com capacidade declarada para CC, e com os polos em série, garante a interrupção nos dois condutores.

Para que serve o supervisor de isolamento em um painel de 125 Vcc?

Ele mede continuamente a isolação do sistema em relação à terra e alarma na primeira falta. Com o injetor de localização, a manutenção encontra o circuito defeituoso sem desligar os demais.

A PMA pode fornecer um pacote com CCM e painéis Ex?

Sim. Quando a especificação exige ensaio de arco interno ou certificação Ex, a PMA especifica e gerencia o fornecimento do fabricante homologado e consolida toda a documentação em um único pacote.

Quanto tempo leva para fabricar painéis desse tipo?

Depende da aprovação dos documentos de projeto pelo cliente, que é o marco de início da fabricação. O cronograma é definido em cada proposta.

Tem uma aplicação parecida? A PMA desenvolve painéis de corrente contínua, de interface e de automação para refino, petroquímica e geração de energia. Fale com a engenharia da PMA.