BR102013009235B1

BR102013009235B1 - Sistema de proteção contra falhas de um sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada, sistema de energia e método de operação de um sistema de proteção contra falhas

Info

Publication number: BR102013009235B1
Application number: BR102013009235-5A
Authority: BR
Inventors: Svein Blystad; Stig Olav Settemsdal; Rune B Andersen; Inge Haukaas; Gunnar Koenig; Damir Radan
Original assignee: Siemens Energy AS
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2021-11-23
Also published as: US20130270902A1; SG10201508573PA; CA2812562A1; JP2013223425A; KR20130117701A; EP2654157B1; DK2654157T3; CA2812562C; BR102013009235A2; KR101413520B1; CN103378584A; US9543748B2; EP2654157A1; JP5496388B2; SG194285A1; CN103378584B

Abstract

sistema de proteção contra falhas de um sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada, sistema de energia e método de operação de um sistema de proteção contra falhas. a presente invenção refere-se a um sistema de proteção contra falhas de um sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada. o sistema de energia é separado em duas ou mais seções de sistema de energia, cada uma compreendendo uma seção de barramento de um barramento de distribuição de energia. as seções de barramento são conectadas por conectores de barramento em uma configuração de anel. cada seção de barramento compreende uma conexão a um gerador e uma conexão a um acionador de propulsor da embarcação dinamicamente posicionada. o sistema de proteção contra falhas compreende um sistema de isolamento de falhas que inclui para cada seção de sistema de energia um disjuntor de conector de barramento para interromper a conexão fornecida pelo conector de barramento.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção refere-se a um sistema de proteção contra falhas de um sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada, a um sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada e a um método correspondente.

Antecedentes

[0002] Embarcações flutuantes, como semi-submersíveis, navios de perfuração, embarcações de unidade flutuante de produção, armazenamento e escoamento (FPSO) ou similares podem ser fornecidas com sistemas de posicionamento dinâmico. Essas embarcações dinamicamente posicionadas podem usar hélices eletricamente acionadas, ou seja, propulsores elétricos, para manter a posição durante as operações de perfuração de petróleo e gás, manutenção de estação, ancoragem, manobra de porta e similares. Para alguns tipos de operações, sendo que há um risco aumentado de poluição por petróleo, morte, colisões ou similares, deve-se garantir que a posição da embarcação seja mantida para reduzir esses riscos. A integridade e operação de falha segura do sistema de energia que fornece energia elétrica aos propulsores da embarcação dinamicamente posicionada são, desse modo, de importância particular.

[0003] As embarcações podem ser classificadas em classes diferentes, como DP2 (posicionamento dinâmico 2), DP3 ou similares. Operações de alto risco como operações de perfuração ou a aproximação de outras embarcações podem exigir, por exemplo, um determinado modo de operação para uma classe de embarcação particular. Para garantir que o mau funcionamento de um componente não resulte em uma interrupção completa do sistema de energia da embarcação dinamicamente posicionada, o sistema de energia precisa ser dividido em várias seções, por exemplo, 2 a 4, em tal modo de operação de alto risco. Cada seção do sistema de energia fica localizada em um ambiente de motor separado, os ambientes de motor são isolados com paredes à prova de fogo e impermeáveis à água. Durante essas operações de alto risco, as seções do sistema de energia são eletricamente isoladas, por exemplo, ao abrir as conexões fornecidas por cabos elétricos denominados conectores de barramento. Um ou mais motores com geradores conectados devem funcionar por seção de sistema de energia para fornecer energia elétrica a cargas conectadas, por exemplo, aos motores elétricos dos propulsores. Consequentemente, em um sistema com apenas três seções, três, quatro ou mais motores irão funcionar na maior parte do tempo, o número aumenta com o número de seções.

[0004] Os motores irão funcionar geralmente em saída de energia relativamente baixa, sendo que o consumo de combustível específico desses motores na baixa faixa operacional é geralmente maior. Consequentemente, o consumo de combustível desse sistema de energia é alto comparado com um modo operacional sendo que as seções do sistema de energia podem ser eletricamente conectadas, de modo que, por exemplo, apenas dois geradores precisem ser operados, cada um em uma carga superior.

[0005] Além do consumo aumentado de combustível e da emissão de CO2, executar vários motores em paralelo com a carga reduzida pode resultar ainda em acúmulo de ferrugem nas câmaras de combustão, mais horas de operação para o gerador ajustar e, desse modo, custos superiores de manutenção. Visto que os motores irão funcionar na maior parte do tempo, o risco de interrupção também é aumentado.

[0006] A operação desse sistema com seções de sistema de energia interconectadas, ou seja, com conectores de barramento conectados, geralmente não é possível visto que uma falha, como um curto-circuito ou falha de gerador, irá resultar geralmente em uma interrupção total do sistema de energia da embarcação. Essa interrupção irá resultar em uma perda de posição da embarcação, isso pode ser prejudicial; podendo resultar em um vazamento de óleo ou em morte. Desse modo, deseja-se aprimorar esses sistemas de energia de embarcações dinamicamente posicionadas, e realizar a operação com consumo de combustível reduzido e mais eficiente dos motores que acionam os geradores. Também, deseja-se manter essa operação de combustível eficiente durante operações de alto risco, sem comprometer a integridade e a operação segura do sistema de energia.

Sumário

[0007] Consequentemente, há a necessidade de aprimorar a operação de sistemas de energia de embarcações dinamicamente posicionadas, e em particular para reduzir o consumo de combustível da embarcação enquanto mantém a segurança operacional desses sistemas de energia.

[0008] De acordo com um aspecto da invenção, proporciona-se um sistema de proteção contra falhas de um sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada. O sistema de energia é separado em duas ou mais seções de sistema de energia que compreendem uma seção de barramento de um barramento de distribuição de energia. As seções de barramento são conectadas por conectores de barramento em uma configuração de anel. Cada seção de sistema de energia compreende duas ou mais subseções de sistema de energia. Cada subseção de sistema de energia compreende uma subseção de barramento do barramento de distribuição de energia, sendo que as subseções de barramento da mesma seção de sistema de energia são conectadas por um ou mais acopladores de barramen- to, formando assim a respectiva seção de barramento. Cada seção de barramento compreende uma conexão de um gerador e uma conexão a um acionador de propulsor da embarcação dinamicamente posicionada. O sistema de proteção contra falhas compreende um sistema de isolamento de falhas que inclui para cada seção de sistema de energia um disjuntor de conector de barramento para interromper a conexão fornecida pelo conector de barramento e um ou mais disjuntores de conector de barramento para interromper a conexão fornecida por um ou mais acopladores de barramento. O sistema de isolamento de falhas é configurado para implementar um esquema de proteção de so- brecorrente diferencial para operar pelo menos o disjuntor de conector de barramento e o disjuntor de conector de barramento. O sistema de proteção contra falhas compreende ainda um sistema ride-through de que compreende para cada seção de barramento um limitador de excitação para o gerador acoplado à respectiva seção de barramento. O sistema ride-through de gerador é adaptado para limitar a corrente de campo de excitação fornecida ao gerador mediante a ocorrência de uma falha. O sistema de proteção contra falhas compreende ainda um sistema ride-through de acionador de propulsor configurado para fornecer energia elétrica a um barramento DC de um acionador de frequência variável (VFD) do acionador de propulsor de cada seção de barramento mediante a ocorrência de uma falha para manter a tensão sobre o barramento DC acima de um limite de tensão predeterminado. O sistema de proteção contra falhas é configurado de modo que mediante a ocorrência de uma falha no sistema de energia, a falha seja isolada ao ativar o componente do sistema de energia sendo que a falha ocorreu e/ou ao abrir um ou mais disjuntores na subseção de sistema de energia onde a falha está localizada. Ademais, esse é configurado para continuar a operação do sistema de energia com os disjuntores de conector de barramento restantes e os disjuntores de conector de barramento fechados.

[0009] Esse sistema de proteção contra falhas permite o isolamento da falha no respectivo componente ou ao isolar eletricamente toda a subseção de sistema de energia, em particular ao abrir os disjuntores em ambas as extremidades da respectiva subseção de barramento, por exemplo, um disjuntor de conector de barramento e um disjuntor de conector de barramento. Visto que um esquema de proteção diferencial é usado, a subseção onde a falha está localizada pode ser de-terminada de maneira eficiente, e o isolamento da falha pode ocorrer sem afetar as subseções de sistema de energia restantes, em particular sem separar as seções de barramento restantes. Por meio da configuração de anel, as seções de barramento restantes permanecem conectadas. Todo o sistema de energia pode, desse modo, operar com apenas dois geradores. Mesmo que a subseção de sistema de energia cujo um dos geradores faz parte precise ser isolada, todo o sistema de energia permanece operacional visto que o gerador restante pode fornecer todas as cargas das subseções de sistema de energia restantes com energia elétrica, desde que essas permaneçam conectadas.

[00010] Em particular, o sistema de proteção contra falhas pode ser configurado de modo que uma rápida recuperação de um afundamento de tensão originado por uma falha seja obtida, de modo que mediante a ocorrência de uma falha, o sistema de energia possa continuar a operar com disjuntores fechados.

[00011] Ademais, o sistema ride-through de gerador e o sistema ride-through de acionador de propulsor garantem que o(s) gerador(es) de operação restante(s) e os acionadores de propulsor conectados permanecem operacionais. Uma falha no sistema de energia, por exemplo, um curto-circuito, uma falha de aterramento ou similares, irá geralmente resultar em uma queda de tensão sobre o barramento de distribuição de energia. O sistema ride-through de gerador garante que o gerador (S) que permanece conectado às seções de barramento de distribuição de energia ainda operacionais continua a operar. Em particular, isso impede que o excitador do gerador seja danificado e que ocorram fortes alterações de torque no gerador. A regulação de tensão automática desses geradores pode resultar de outro modo em correntes excessivas no excitador quando o mesmo tenta retornar a tensão sobre o barramento de distribuição de energia para o estado normal. Por meio do sistema ride-through de acionador de propulsor sistema, o acionador de propulsor pode permanecer operacional durante a falha. Quando a tensão cair sobre o barramento de distribuição de energia durante uma falha, a tensão no barramento DC do acionador de frequência variável irá cair similarmente, isso resulta na necessidade de reiniciar o VFD. Esse é um processo demorado durante o qual o acio- nador de propulsor correspondente está inoperável. Como resultado pode ocorrer a perda de posição da embarcação. Ao fornecer energia elétrica ao barramento DC do VFD, o VFD pode ser mantido ativo e o propulsor pode continuar a operar assim que a falha for removida e a energia for restaurada no barramento de distribuição de energia.

[00012] O sistema de proteção contra falhas realiza, desse modo, uma operação segura do sistema de energia, sendo que uma falha em um componente do sistema de energia não irá resultar em uma interrupção do sistema de energia total, nem na perda de posição. Nessa configuração, o sistema de proteção contra falhas pode ser configurado para restaurar a energia elétrica no barramento de distribuição de energia em menos de um segundo, de preferência, em menos de 500 ms ou ainda menos que 250 ms. O sistema de proteção contra falhas pode permitir que a embarcação dinamicamente posicionada opere com os disjuntores de conector de barramento fechados mesmo em situações de alto risco, como perfuração, aproximação de outras embarcações ou similares, em particular em modos operacionais DP2 ou DP3. Visto que a operação com conectores de barramento eletricamente conectados é possível, o consumo de combustível pode ser significativamente reduzido, e o tempo de vida de motores e geradores pode ser prolongado. A emissão de CO2 pode ser reduzida e economias de custo podem ser obtidas.

[00013] Em uma modalidade, o sistema de isolamento de falhas é configurado para implementar uma proteção de sobrecorrente diferencial e/ou uma proteção de sobrecorrente direcional contra falhas pelo menos para os conectores de barramento e as subseções de barra- mento. Em proteção de sobrecorrente diferencial, pode ser verificado, por exemplo, em ambas as extremidades dos conectores de barra- mento que a corrente está fluindo para dentro do conector de barra- mento e para fora do conector de barramento. Similarmente, para a subseção de barramento, a magnitude da corrente que flui para dentro e para fora da subseção de barramento pode ser verificada. Ademais, uma lógica pode ser usada para verificar a direção das correntes.

[00014] Em uma modalidade, a proteção de sobrecorrente diferencial pode ser usada como um esquema de proteção primário, enquanto a proteção de sobrecorrente direcional pode ser usada como um backup, em particular para os conectores de barramento e as subseções de barramento. Pode-se, desse modo, garantir que a localização da falha em uma subseção de sistema de energia particular seja identificada e consecutivamente isolada.

[00015] O sistema de detecção de falhas pode compreender, por exemplo, relés de proteção para operar pelo menos os disjuntores de conector de barramento e os disjuntores de conector de barramento. Os relés de proteção podem implementar a proteção de sobrecorrente diferencial e/ou a proteção de sobrecorrente direcional dos conectores de barramento e das subseções de barramento. Como um exemplo, os relés localizados em ambas as extremidades dos conectores de barramento podem medir a corrente e podem se comunicar para proporcionar proteção de sobrecorrente diferencial, e os relés podem ser ativados mediante condições predeterminadas. Os relés de proteção podem ser, além disso, fornecidos para operar o gerador e os disjuntores de acionador de propulsor.

[00016] Em uma modalidade, o sistema de isolamento de falhas pode ser configurado para implementar a proteção contra curto-circuito e sobrecorrente como um backup pelo menos por meio dos disjuntores de conector de barramento e dos disjuntores de conector de barra- mento. Novamente, os relés de proteção podem ser configurados para fornecer a proteção contra curto-circuito e sobrecorrente. No caso de as condições para ativar a proteção diferencial ou proteção direcional não serem satisfeitas ou a proteção diferencial ou proteção direcional não estar operando adequadamente, a falha ainda pode ser isolada por meio da função de backup de proteção contra curto-circuito e so- brecorrente.

[00017] Cada subseção de barramento pode compreender uma conexão a um gerador e uma conexão a um acionador de propulsor da embarcação dinamicamente posicionada. O sistema ride-through de gerador sistema e o sistema acionador ride-through de propulsor podem ser fornecidos para o gerador e o acionador de propulsor, respectivamente, de cada subseção de barramento. Consequentemente, se em uma seção de sistema de energia particular, uma subseção de sistema de energia precisar ser isolada devido à ocorrência de uma falha, uma ou mais subseções de sistema de energia restantes da mesma seção de sistema de energia podem continuar e a operar ao fornecer energia elétrica do gerador a um ou mais acionadores de propulsor. A perda de função pode ser, desse modo, eficientemente limitada à sub- seção de sistema de energia onde ocorreu a falha.

[00018] O sistema de isolamento de falhas pode compreender ainda para cada seção de sistema de energia, de preferência, para cada subseção de sistema de energia, um disjuntor de gerador para interromper a conexão ao gerador e um disjuntor de acionador de propulsor para interromper a conexão ao acionador de propulsor. Como mencionado acima, esses disjuntores podem ser novamente operados por relés de proteção. Em uma modalidade, o sistema de proteção contra falhas implementa a proteção de sobrecorrente diferencial para o gerador e, além disso, implementa a proteção contra curto-circuito e sobrecorrente para o acionador de propulsor. Como um backup para a proteção diferencial de disjuntor de gerador, uma proteção contra curto-circuito e sobrecorrente pode ser fornecida. Como um backup para a proteção fornecida pelo disjuntor de acionador de propulsor, uma proteção contra falha de disjuntor pode ser fornecida, de acordo com a qual todos os disjuntores na subseção são abertos mediante a detecção de uma falha de disjuntor. Assim, no caso de ocorrer uma falha no acionador de propulsor e o disjuntor de acionador de propulsor falhar, a falha ainda pode ser eficientemente isolada ao isolar toda a subseção de sistema de energia.

[00019] A proteção contra curto-circuito e sobrecorrente pode ser configurada para ativar o disjuntor associado se a corrente através do disjuntor exceder um valor limite. Isso pode ocorrer com um atraso predefinido, para permitir que outros disjuntores no sistema sejam ativados primeiro. Também, o relé de proteção correspondente pode implementar uma funcionalidade direcional, de acordo com a qual os valores limite para a sobrecorrente ou o atraso de ativação dependem da direção da corrente através do disjuntor. O relé de proteção e disjuntor associados podem ser, desse modo, integrados no esquema de proteção direcional, por exemplo, para a subseção de barramento.

[00020] O sistema de proteção contra falhas pode ser configurado para ativar um gerador, por exemplo, para abrir o disjuntor de gerador, mediante a ocorrência de uma falha no regulador de tensão automático (AVR) desse gerador ou no regulador associado a esse gerador. Desse modo, pode ser impedido que se o gerador, por exemplo, produzir ou consumir energia reativa em excesso devido a uma falha no AVR, o mesmo induz outro gerador para um estado subexcitado ou superexcitado, propagando assim de forma efetiva a falha através do sistema de energia. Em uma modalidade, o sistema de proteção contra falhas compreende ainda um regulador de tensão automático (AVR) que contém o limitador de excitação. O regulador de tensão automático é adaptado para ajustar automaticamente a tensão fornecida pelo respectivo gerador para manter a tensão dentro de uma faixa de operação. O AVR pode compreender ainda um limitador de subexcita- ção adaptado para limitar o influxo de energia reativa dentro do respectivo gerador. Isso pode impedir que o gerador entre em um estado subexcitado. O AVR geralmente irá tentar regular a tensão sobre o barramento de distribuição de energia ou a energia reativa no sistema. Uma falha em outro gerador pode fazer com que a energia reativa em excesso seja criada no sistema de energia, o AVR tenta fazer com que o gerador extraia a energia reativa em excesso para impedir uma condição de alta tensão no sistema de energia. Isso pode resultar em uma condição operacional subexcitada do gerador, isso pode ser impedido por meio do limitador de subexcitação.

[00021] O limitador de excitação anteriormente mencionado, também denominado limitador superexcitação, pode ser configurado para detectar uma condição de sobrecorrente da corrente de campo de excitação, e pode limitar a corrente de campo de excitação ou reduzir a atividade da corrente de campo de excitação para um valo pré- ajustado. Consequentemente, a sobrecorrente de campo de excitação prolongado pode ser impedida e o gerador pode ser protegido contra superaquecimento.

[00022] Ademais, o AVR pode ser configurado para limitar o pico de tensão após a ocorrência de uma falha. Em um sistema convencional, o AVR pode tentar manter um nível de tensão predeterminado sobre o barramento de distribuição de energia, de modo que mediante a ocorrência de uma falha e uma queda de tensão sobre o barramento de distribuição de energia, o AVR tente obter uma saída de tensão máxima do gerador. Mediante o isolamento da falha, um grande pico de tensão pode ocorrer sobre o barramento de distribuição de energia, isso pode resultar na ativação de componentes conectados a esse. Isso pode ser impedido se o AVR for configurado para limitar o pico de tensão após a ocorrência de uma falha.

[00023] Em uma modalidade, o AVR é adaptado para detectar a ocorrência de uma falha ao detectar uma queda na tensão na saída de gerador ou no barramento de distribuição de energia. O AVR é adaptado para reduzir um ponto de ajuste de tensão do gerador após a detecção de uma falha e controlar a tensão de saída do gerador de acordo com o ponto de ajuste de tensão reduzido para limitar o pico de tensão após a ocorrência de uma falha. A ativação de consumidores devido à sobretensão no barramento de distribuição de energia, desse modo, pode ser eficientemente impedida. O pico de tensão após a remoção da falha pode ser mantido baixo. Ademais, o AVR pode ser configurado para aumentar o ponto de ajuste de tensão novamente para o ponto de ajuste de tensão operacional dentro de um período de tempo predeterminado após a falha ser removida. O sistema 10 retorna facilmente para as condições operacionais normais após a ocorrência de uma falha.

[00024] O sistema ride-through do acionador de propulsor do sistema de proteção contra falhas pode ser configurado para manter a ten- são sobre o barramento DC acima do limite de tensão por meio de recuperação de energia cinética utilizando a energia cinética do aciona- dor de propulsor.

[00025] Em uma modalidade, o sistema ride-through do acionador de propulsor pode compreender o acionador de frequência variável de cada acionador de propulsor, e o acionador de frequência variável pode ser adaptado para reduzir a frequência de saída mediante uma queda na tensão sobre o barramento DC do acionador de frequência variável. Essa queda de tensão pode ocorrer, por exemplo, após a ocorrência de uma falha no sistema de energia. Ao reduzir a frequência de saída do acionador de frequência variável (VFD), o VFD pode ser induzido a operar em uma condição de geração sendo que a energia elétrica é gerada por um motor elétrico do acionador de propulsor. A energia elétrica gerada é retroalimentada no barramento DC para manter a tensão sobre o barramento DC acima do limite de tensão. A energia cinética do rotor do acionador de propulsor pode continuar, por exemplo, a girar o motor elétrico, o motor elétrico gera, desse modo, energia elétrica e mantém a tensão sobre o barramento DC. O sistema ride-through de acionador de propulsor pode ser configurado de modo que a geração de energia elétrica continue enquanto possível, a energia cinética armazenada pode ser recuperada abaixo de uma rotação zero da hélice do acionador de propulsor. Visto que o sistema de energia geralmente realiza um isolamento de falha relativamente rápido, a energia será geralmente re-armazenada antes de esse ponto ser atingido. Por meio dessas medidas, o VFD pode ser "mantido ativo", em particular os capacitores acoplados ao barramento DC podem permanecer carregados, de modo que a operação do acionador de propulsor possa continuar imediatamente após a restauração da ener-gia. A perda de posição da embarcação pode ser mantida pequena ou ainda impedida.

[00026] A parte inversora do VFD acoplado ao barramento DC, que fornece energia elétrica em frequência variável ao motor elétrico do acionador de propulsor durante a operação normal, pode operar como um retificador para a tensão gerada pelo motor elétrico do acionador de propulsor durante a recuperação de energia cinética. A tensão DC sobre o barramento DC pode ser, desse modo, mantida. Esse tipo de ride-through também pode ser denominado ride-through inercial ou buffering cinético.

[00027] Em uma modalidade, o sistema ride-through de acionador de propulsor pode compreender um dispositivo de armazenamento de energia, como uma bateria, que é acoplado ao barramento DC do aci- onador de frequência variável. O dispositivo de armazenamento de energia pode ser adaptado para fornecer energia elétrica ao barramen- to DC no caso de uma queda de tensão sobre o barramento DC para manter a tensão sobre o barramento DC acima do limite de tensão. Esse dispositivo de armazenamento de energia pode ser fornecido de maneira adicional ou alternativa para a recuperação de energia cinética. O tempo ao longo do qual o barramento DC pode ser mantido ativo pode ser, desse modo, prolongado.

[00028] O sistema ride-through de acionador de propulsor pode ser implementado em um controlador do acionador de frequência variável (VFD).

[00029] Em uma modalidade adicional, o sistema de energia pode compreender para cada subseção de sistema de energia uma conexão a um quadro de distribuição de utilitários de propulsor que é eletricamente acoplado ao gerador da respectiva subseção de sistema de energia para fornecer energia elétrica aos utilitários dos acionadores de propulsor. Esse pode proporcionar uma conexão a um quadro de distribuição de suporte de motor eletricamente acoplado ao gerador da respectiva subseção de sistema de energia para fornecer energia elé- trica os utilitários do motor que opera o gerador da subseção de sistema de energia. O sistema de proteção contra falhas pode compreender ainda para cada subseção de sistema de energia um disjuntor para interromper a conexão ao quadro de distribuição de utilitário de propulsor e o quadro de distribuição de suporte de motor. Nessa configuração, os utilitários de propulsor e o quadro de distribuição de suporte de motor podem extrair sua energia elétrica do gerador da mesma subseção de sistema de energia. Consequentemente, cada subseção de sistema de energia é operável como uma ilha isolada. Assim, se uma subseção de sistema de energia se tornar completamente isolada, essa pode continuar a operar seu acionador de propulsor conectado ao fornecer energia elétrica do gerador ao acionador de propulsor. Ademais, se a seção de sistema de energia total se tornar isolada devido à ocorrência de uma falha em uma de suas subseções, um acionador de propulsor dentro dessa seção de sistema de energia isolada ainda pode ser operável, visto que a(s) outra(s) subseção(ões) de sistema de energia pode(m) ser isolada(s) e pode(m) operar independentemente.

[00030] Também, se ocorrer uma falha em uma subseção de sistema de energia, os utilitários de propulsor e quadro de distribuição de suporte de motor podem ser eletricamente isolados das partes restantes do sistema de energia da subseção, e a operação dos utilitários de propulsor ou utilitários de motor podem continuar a partir de uma fonte de energia diferente. Assim, o acionador de propulsor e/ou o gerador pode(m) permanecer operacional(is) após a ocorrência de uma falha, e pode(m) ser rapidamente comutado novamente em linha após a eliminação da falha.

[00031] O sistema de proteção contra falhas pode compreender ainda um suprimento de energia ininterrupto (UPS) para cada subseção de sistema de energia. O suprimento de energia ininterrupto pode ser acoplado ao quadro de distribuição de utilitário de propulsor e/ou quadro de distribuição de suporte de motor. O UPS pode fornecer energia elétrica a esses quadros de distribuição após os quadros de distribuição serem separados do sistema de energia restante da respectiva subseção de sistema de energia.

[00032] Ademais, uma conexão de interligação elétrica pode ser fornecida a partir do quadro de distribuição de utilitário de propulsor ou o quadro de distribuição de suporte de motor de uma subseção de sistema de energia ao suprimento de energia ininterrupto de outra subseção de sistema de energia. Consequentemente, a redundância do UPS pode ser realizada para cada um desses quadros de distribuição. De preferência, cada quadro de distribuição é conectado a dois supri-mentos de energia ininterruptos. Desse modo, pode-se garantir que os auxiliares de motor e os auxiliares de propulsor podem continuar a operar na maioria das situações, de modo que o respectivo gerador e acionador de propulsor possam retornar rapidamente em linha. A conexão de interligação elétrica pode ser configurada de modo que o quadro de distribuição de utilitário de propulsor e o quadro de distribuição de suporte de motor de uma subseção de sistema de energia permaneçam galvanicamente isolados do quadro de distribuição de utilitário de propulsor e do quadro de distribuição de suporte de motor da outra subseção de sistema de energia.

[00033] Um aspecto adicional da invenção se refere a um sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada. O sistema de energia compreende um sistema de detecção de falhas em qualquer uma das configurações descritas acima. Em particular, todas as características mencionadas acima podem fazer parte desse sistema de energia, em combinação ou em isolamento. Com esse sistema de energia, pode-se obter vantagens similares àquelas descritas acima.

[00034] Em uma modalidade, o sistema de energia compreende ainda para cada subseção de sistema de energia uma conexão a um quadro de distribuição de utilitário de propulsor para fornecer energia elétrica aos utilitários do acionador de propulsor e uma conexão a um quadro de distribuição de suporte de motor para fornecer energia elétrica aos utilitários do motor que opera o gerador da subseção de sistema de energia. O sistema de energia compreende ainda um trans-formador para cada subseção de sistema de energia conectado à respectiva subseção de barramento. O transformador fornece energia elétrica a um respectivo acionador de propulsor acoplado à subseção de barramento. O transformador compreende um enrolamento secundário adicional que é eletricamente acoplado ao quadro de distribuição de utilitários de propulsor e o quadro de distribuição de suporte de motor da subseção de sistema de energia para fornecer energia elétrica a esses quadros de distribuição.

[00035] O custo, tamanho e peso do sistema de energia podem ser, desse modo, reduzidos, visto que esses quadros de distribuição são alimentados a partir do mesmo transformador que o respectivo acio- nador de propulsor. Em uma modalidade, o transformador pode compreender quatro enrolamentos, um enrolamento primário acoplado ao barramento de distribuição de energia, dois enrolamentos secundários acoplados ao acionador de propulsor, e o enrolamento secundário adicional acoplado aos quadros de distribuição. Nota-se que cada enro-lamento pode compreender efetivamente três enrolamentos para a energia elétrica trifásica, e que os enrolamentos podem ser conectados em configurações diferentes, por exemplo, configuração de estrela ou delta (para as três fases). O primeiro enrolamento secundário do acionador de propulsor pode ser conectado, por exemplo, em uma configuração de estrela enquanto o segundo enrolamento secundário do acionador de propulsor pode ser conectado em uma configuração delta, para obter uma entrada de três fases de dois tempos de energia elétrica AC no VFD do acionador de propulsor para reduzir as distorções harmônicas no VFD.

[00036] Em uma modalidade, o sistema de energia pode ser configurado para fornecer uma tensão em uma faixa de baixa tensão, por exemplo, 400 a 1.000 V, no quadro de distribuição de suporte de motor e no quadro de distribuição de utilitários de propulsor. Além disso, esse pode ser configurado para fornecer uma tensão em uma faixa de tensão média, por exemplo, uma faixa de cerca de 1.000 V a cerca de 30.000 V AC no barramento de distribuição de energia. Além disso, esse pode ser configurado para fornecer uma tensão na faixa de tensão de cerca de 1.000 V a cerca de 10.000 V ao acionador de propulsor, por exemplo, em uma faixa entre cerca de 3.000 a cerca de 8.000 V. Desse modo, os geradores podem ser configurados para fornecer uma saída na faixa de tensão média de 1.000 a 30.000 V, por exemplo, entre cerca de 5.000 a cerca de 15.000 V, por exemplo, 11.000 V.

[00037] O sistema de energia é, de preferência, configurado para ser operável em um modo de operação DP2 e/ou DP3. Em particular, esse pode ser configurado para operar no modo de operação DP3 com os disjuntores de conector de barramento e os disjuntores de conector de barramento fechados.

[00038] A embarcação dinamicamente posicionada pode ser, por exemplo, uma plataforma offshore flutuante, um semi-submersível, um navio de perfuração, uma embarcação flutuante de produção, armazenamento e escoamento (FPSO) ou similares.

[00039] Um aspecto adicional da invenção proporciona um método de operação de um sistema de proteção contra falhas. O sistema de proteção contra falhas é configurado de acordo com qualquer uma das configurações descritas acima. O método compreende as etapas de detectar uma falha no sistema de energia, localizar a falha no sistema de energia, por exemplo, por meio de proteção de sobrecorrente dife- rencial ou direcional, ou ao detectar a falha em um componente particular, e isolar eletricamente o componente onde a falha ocorreu do restante do sistema de energia ao abrir um disjuntor acoplado ao componente ou ao isolar a subseção de sistema de energia onde a falha ocorreu do restante do sistema de energia ao abrir os disjuntores de conector de barramento e/ou conector de barramento da respectiva subseção de barramento. Se uma subseção de barramento for, por exemplo, limitada por duas subseções de barramento da mesma seção de sistema de energia, dois disjuntores de conector de barramento podem ser abertos, enquanto se a subseção de barramento for limitada por um conector de barramento e outra subseção de barramento, um disjuntor de conector de barramento e um disjuntor de conector de barramento serão abertos para isolar a respectiva subseção de sistema de energia. Em uma etapa adicional do método, a operação do sistema de energia continua com os disjuntores de conector de barra- mento e disjuntores de conector de barramento restantes fechados.

[00040] Com esse método, uma operação segura da embarcação pode ser realizada, isso permite que a embarcação opere o sistema de energia com os disjuntores de conector de barramento fechados mesmo durante operações arriscadas, por exemplo, operações DP2 ou DP3. O consumo de combustível e emissões de CO2 podem ser, desse modo, reduzidos. Ademais, um rápido isolamento da falha é possível enquanto o sistema de energia restante permanece completamente operacional após a ocorrência de uma falha.

[00041] Em uma modalidade do método, se a ativação de pelo menos um disjuntor de conector de barramento ou um disjuntor de conector de barramento falhar, o método pode compreender ainda a ativação de uma proteção de backup. A proteção de backup pode compreender pelo menos uma proteção de sobrecorrente direcional, uma proteção contra curto-circuito e sobrecorrente, ou uma proteção contra falhas de disjuntor. A proteção de sobrecorrente direcional pode incluir uma proteção de falha de aterramento direcional.

[00042] Em uma modalidade adicional, o método pode compreender operar pelo menos dois geradores, cada um em carga reduzida, sendo que a carga é reduzida de modo que se um gerador parar o fornecimento de energia elétrica, os geradores restantes são capazes de tolerar a carga total. Se uma subseção de sistema de energia for agora isolada e acoplada a um gerador operacional, a energia elétrica de um ou mais geradores restantes é distribuída através do barramento de distribuição de energia para as cargas, permitindo assim a continuação da operação das cargas. Nessa configuração, o sistema de energia pode operar com um número mínimo de geradores em operação. A distribuição de energia para as diferentes cargas se torna possível visto que após a ocorrência de uma falha, os disjuntores de conector de barramento e os disjuntores de conector de barramento permaneçam fechados. Mesmo em um sistema com três ou quatro seções de sistema de energia, apenas dois geradores podem precisar ser operados, isso aumenta a eficiência e diminui o consumo de combustível.

[00043] O método pode compreender ainda a etapa, após a ocorrência de uma falha, de iniciar um gerador, a partida de um gerador que compreende o aumento de um ponto de ajuste de tensão por meio de um regulador de tensão automático do gerador enquanto o disjuntor de gerador e os disjuntores de acionador de propulsor permanecem fechados. A utilização desse procedimento para a partida de um gera-dor realiza uma energização suave do transformador do acionador de propulsor sem altas correntes de partida. A operabilidade total de sistema pode ser, desse modo, restaurada de forma rápida e eficiente após a ocorrência de uma falha.

[00044] As modalidades do método podem ser realizadas no sistema de proteção contra falhas ou no sistema de energia em qualquer uma das configurações descritas acima. Ademais, quaisquer etapas do método descritas acima em relação ao sistema de proteção contra falhas ou sistema de energia da embarcação dinamicamente posicionada podem ser parte de modalidades do método.

[00045] As características das modalidades da invenção mencionadas acima e que ainda serão explicadas abaixo podem ser combinadas exceto onde observado em contrário.

Breve Descrição dos Desenhos

[00046] As características anteriores e outras e vantagens da invenção se tornarão óbvias a partir da seguinte descrição detalhada lida em conjunto com os desenhos em anexo. Nos desenhos, referências numéricas similares se referem a elementos similares.

[00047] A Figura 1 é um desenho esquemático de um sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada que inclui um sistema de proteção contra falhas de acordo com uma modalidade da invenção.

[00048] A Figura 2 é um desenho esquemático que mostra o sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada da Figura 1 em mais detalhes.

[00049] A Figura 3 é um desenho esquemático que mostra os quadros de distribuição para fornecer energia elétrica aos utilitários de propulsor e gerador do sistema de energia da Figura 1 em mais detalhes.

[00050] A Figura 4 é um diagrama de fluxo esquemático que ilustra um método de acordo com uma modalidade da invenção.

Descrição Detalhada

[00051] A seguir, as modalidades da invenção serão descritas em detalhes com referência aos desenhos em anexo. Será entendido que a seguinte descrição das modalidades é fornecida apenas para o propósito de ilustração e não deve ser considerada em um sentido limita- tivo.

[00052] Deve ser observado que os desenhos são considerados apenas representações esquemáticas, e os elementos nos desenhos não são necessariamente representados em escala. De preferência, a representação dos vários elementos é selecionada de modo que sua função e propósito geral se tornem visíveis para um elemento versado na técnica. Também será entendido que o acoplamento de unidades físicas ou funcionais como mostrado nos desenhos e descrito a seguir não precisam ser necessariamente uma conexão direta de acoplamento, porém também podem estar em uma conexão ou acoplamento indi-reto, ou seja, uma conexão ou um acoplamento com um ou mais elementos intervenientes adicionais, como fusíveis, disjuntores, transformadores ou similares. Um elemento versado na técnica irá avaliar que as unidades físicas ou funcionais e descritas aqui em relação às diferentes modalidades não precisam necessariamente ser implementas como unidades fisicamente separadas. Um ou mais blocos ou unidades físicas ou funcionais podem ser implementados em um circuito comum, chip, elemento ou unidade de circuito, enquanto outros blocos físicos ou funcionais mostrados podem ser implementados em circuitos separados, chips, elementos ou unidades de circuito.

[00053] A Figura 1 mostra um sistema de energia 10 de uma embarcação dinamicamente posicionada de acordo com uma modalidade da invenção. No exemplo da Figura 1, o sistema de energia 10 é dividido em três seções de sistema de energia 12, sendo que os motores de diferentes seções de sistema de energia são dispostos em ambientes de motor diferentes da embarcação dinamicamente posicionada. Os ambientes de motor são paredes à prova de fogo e impermeável à água separadas 14.

[00054] O sistema de energia 10 compreende fontes de energia 20 cada uma compreendendo um gerador 21, e cargas acopladas ao mesmo barramento de distribuição de energia 15. As cargas compreendem os acionadores de propulsor 30, cada um inclui um acionador de frequência variável 32 para converter a frequência da tensão AC fornecida em uma frequência com a qual o acionador será operado, e um motor elétrico 31 que gira a hélice do propulsor. As cargas adicionais 10 que podem incluir, por exemplo, acionadores são conectadas pela conexão elétrica 51 ao barramento de distribuição de energia 15. Ademais, um sistema de distribuição de energia de baixa tensão que fornece cargas menores é conectado através da conexão elétrica 52 ao barramento de distribuição de energia 15.

[00055] Cada seção de sistema de energia 12 compreende uma seção do barramento de distribuição de energia 15. As seções de bar- ramento são conectadas através de conectores de barramento 17. No exemplo da Figura 1, o barramento de distribuição de energia 15 compreende três seções que são separadas pelas paredes à prova de fogo e água 14. Em outras configurações, as seções adicionais, por exemplo, quatro ou ainda mais seções podem ser fornecidas, de acordo com a divisão do sistema de energia. As seções de barramento são conectadas em uma configuração de anel através dos conectores de barramento 17. Isso é ilustrado na Figura 1 pelo conector de barra- mento superior 17 que conecta a extremidade esquerda do barramen- to de distribuição de energia 15 à extremidade direita do barramento de distribuição de energia 15. Os disjuntores de conector de barramen- to 41 são fornecidos em cada extremidade do cabo de conector de barramento. Esses também podem ser brevemente denominados disjuntores de conector de barramento. Desse modo, é possível separar eletricamente as seções de barramento do barramento de distribuição de energia 15. Se ocorrer uma falha em uma seção do sistema de energia 10, a falha consequentemente não pode se propagar para outras seções do sistema de energia 10. Em sistemas convencionais, os disjuntores de conector de barramento 41 permanecem abertos durante operações de alto risco.

[00056] Desse modo, se torna imediatamente claro que em cada seção 12 do sistema de energia 10, pelo menos um gerador 21 precisa estar funcionando. Cada gerador irá funcionar em carga relativamente baixa, resultando em uma operação ineficiente das fontes de energia 20 e em um consumo de combustível aumentado.

[00057] Na modalidade da Figura 1, as seções de barramento são ainda mais separáveis em subseções de barramento 16 por meio de disjuntores de acoplador de barramento 42. No exemplo da Figura 1 o sistema de energia 10 pode ser, desse modo, separado em 6 subseções de sistema de energia 11. Se ocorrer uma falha em uma subseção de sistema de energia particular 11, se torna possível isolar eletricamente essa subseção de sistema de energia do restante do sistema de energia 10. Consequentemente, apenas um acionador de propulsor 30 é perdido nesse caso, enquanto em sistemas convencionais, pelo menos dois acionadores de propulsor 30 sendo perdidos quando uma seção de sistema de energia 12 se tornar inoperável devido a uma falha.

[00058] Operações de alto risco, por exemplo, em modo de operação de classe DP2 ou DP3, exigem uma alta integridade particular e segurança operacional do sistema de energia 10, de modo que sob todas as circunstâncias, a perda de posição da embarcação seja impedida. Isso significa que nenhuma falha única deve resultar em uma interrupção completa do sistema de energia 10, como uma consequência disso os acionadores de propulsor poderiam se tornar inoperáveis e a embarcação poderia perder sua posição. Para esse propósito, em sistemas convencionais, as seções de sistemas de energia 12 são eletricamente isoladas, de modo que se o sistema de energia falhar em uma seção, os outros permanecem operáveis, garantindo as- sim que a embarcação mantenha sua posição com os propulsores restantes.

[00059] Ao contrário de sistemas convencionais, o sistema de energia 10 de acordo com a presente modalidade é configurado para manter os disjuntores de conector de barramento 41 fechados durante operações de alto risco. Também, os disjuntores de acoplador de barra- mento 42 são fechados. O sistema de energia 10 compreende um sistema de proteção contra falhas de acordo com uma modalidade da invenção, por meio da qual garante-se que a alta integridade e segurança operacional de sistema de energia 10 exigidas para operações de alto risco sejam obtidas.

[00060] O sistema de proteção contra falhas possui vários componentes que interagem e garantem que mediante a ocorrência de uma falha, o sistema de energia 10 permaneça operacional e uma perda de posição da embarcação flutuante seja impedida.

[00061] O sistema de proteção contra falhas compreende um sistema de isolamento de falhas que é capaz de isolar a falha mediante a ocorrência dentro de um curto período de tempo, por exemplo, menor que 500 ms, de preferência, ainda menor que 250 ms. O sistema de isolamento de falhas usa relés de proteção para a detecção de falhas e isolamento de falhas. Ademais, além de ter funções de proteção primárias, esse compreende ainda funções de backup e backups das funções de backup para garantir que a falha possa ser isolada de forma rápida e eficiente, mesmo que um componente falhe. O sistema de isolamento de falhas inclui os disjuntores de conector de barramento 41, os disjuntores de acoplador de barramento 42, bem como os disjuntores de gerador 25 e os disjuntores de acionador de propulsor 35. O sistema de isolamento de falhas inclui relés de proteção para cada um desses disjuntores. Para os geradores 21, os cabos de conector de barramento 17 e os acopladores de barramento, os relés de proteção fornecem uma proteção de sobrecorrente diferencial. Como um exemplo, os relés de proteção fornecidos em ambos os lados do respectivo componente medem a corrente que flui através dos componentes e, de acordo com critérios predeterminados, determinam se há uma falha no componente. Se for o caso, os relés de proteção podem abrir os disjuntores em ambos os lados do respectivo componente, isolando eletricamente o componente. Para esse proposito, os relés de proteção correspondentes podem se comunicar, por exemplo, através de um barramento de comunicação fornecido entre os relés de proteção. Nessa configuração, é possível determinar se a falha foi localizada. Como um exemplo, uma zona de proteção pode ser definida para incluir o componente que será protegido e os disjuntores acoplados a esse. A proteção diferencial pode então incluir a determinação das correntes que entram e saem da respectiva zona de proteção. Se a soma das correntes não for igual a zero, isso pode indicar uma falha no componente protegido.

[00062] Para as cargas, por exemplo, para os acionadores de propulsor 30, para os alimentadores 51 para o acionador de perfuração, e para os alimentadores 52 para baixas cargas de tensão, proporciona- se proteção contra curto-circuito e sobrecorrente. Esse tipo de proteção será geralmente suficiente, visto que se um curto circuito ocorrer em uma carga, a carga irá geralmente extrair uma corrente excessiva do barramento de distribuição de energia 15, isso é detectado pelo respectivo relé de proteção, que pode ativar o disjuntor associado, isolando eletricamente a carga.

[00063] Para as subseções de barramento e os conectores de bar- ramento, o sistema de proteção contra falhas pode compreender um, dois ou ainda três backups. Uma proteção de backup que pode ser usada no sistema de proteção contra falhas é uma proteção contra curto-circuito e sobrecorrente. Uma proteção de backup adicional que pode ser usada é uma proteção de sobrecorrente lógica direcional. Novamente, essas podem implementadas nos respectivos relés de proteção. Como um exemplo, se ocorrer uma falha em um local particular, por exemplo, uma falha de aterramento, os relés de proteção irão observar um fluxo de corrente em direção ao local da falha. O relé de proteção pode então determinar que em operação normal, nenhuma corrente poderia fluir ou a corrente poderia fluir na direção oposta, utilizando sua lógica direcional. O relé de proteção pode determinar que há uma falha, e pode ativar o disjuntor correspondente. Como um backup adicional, uma proteção contra falha de disjuntor pode ser implementada no sistema de proteção contra falhas. Por exemplo, se um disjuntor de conector de barramento ou um disjuntor de conector de barramento falhar para abrir, a proteção contra falhas de disjuntor, que pode ser implementada no respectivo relé de proteção, pode ativar o próximo disjuntor no lado esquerdo e no lado direito do disjuntor com defeito. Para um disjuntor de conector de barramento, a contra falhas de disjuntor pode ativar os disjuntores em ambos os lados do conector de barramento. Os relés de proteção acoplados aos diferentes disjuntores podem operar nessa situação como mestre e escravo.

[00064] Similarmente, para o disjuntor de gerador 25, a proteção de backup pode ser fornecida sob a forma de proteção contra curto- circuito e sobrecorrente. Como um backup adicional, uma proteção contra falhas de disjuntor pode ser fornecida. Como uma proteção contra falhas de disjuntor, o sistema de proteção contra falhas pode, por exemplo, ativar todos os disjuntores dentro da respectiva subseção de sistema de energia 11 no caso de uma falha do disjuntor de gerador.

[00065] Similarmente, para os disjuntores voltados para os diferentes tipos de cargas, por exemplo, para o disjuntor de acionador de propulsor 35, uma proteção contra falhas de disjuntor pode ser fornecida como um backup. Novamente, a proteção contra falhas de disjun- tor pode fazer com que todos os disjuntores dentro da respectiva subseção de sistema de energia 11 sejam ativados. Assim, no caso de a proteção principal falhar, a respectiva subseção de sistema de energia 11 se torna isolada das seções restantes e subseções do sistema de energia 10, evitando assim uma propagação da falha para outras partes do sistema de energia 10.

[00066] No caso de uma falha, as subseções de barramento individuais 16 do barramento de distribuição de energia 15 podem se tornar eletricamente isoladas das subseções de barramento restantes, por exemplo, se ocorrer a falha em um conector de barramento, ou em uma subseção do barramento de distribuição de energia, ou se, como um backup, todos os disjuntores na subseção particular 11 forem abertos. O sistema de proteção contra falhas agora é configurado para continuar a operação do sistema de energia 10 com os disjuntores de conector de barramento restantes 41 e os disjuntores de acoplador de barramento 42 fechados. Visto que o barramento de distribuição de energia 15 é conectado em uma configuração de anel, as subseções restantes 16 do barramento de distribuição de energia 15 permanecem conectadas, mesmo que uma subseção de barramento 16 seja desco- nectada do barramento.

[00067] Essa configuração do sistema de proteção contra falhas e do sistema de energia 10 possui várias vantagens. Visto que o sistema de energia 10 fornece integridade de falha aumentada, esse pode operar com os disjuntores de conector de barramento fechados e os disjuntores de conector de barramento quando a embarcação dinamicamente posicionada estiver realizando operações de alto risco. Assim, não é exigido operar pelo menos um gerador per seção de sistema de energia 12. O sistema mostrado na Figura 1 pode operar, por exemplo, com apenas dois geradores 21 em funcionamento. No caso de uma subseção 11 ser isolada do sistema de energia restante 10 devido a uma falha, apenas um acionador de propulsor 30 é perdido, e se essa subseção 11 não compreender um gerador de execução, a energia total é mantida no barramento de distribuição de energia 15. Por outro lado, se a subseção 11 que será isolada compreender um gerador de execução, o gerador restante ainda pode fornecer todos os outros aci- onadores de propulsor com energia elétrica, visto que as subseções restantes 16 do barramento de distribuição de energia 15 permanecem conectadas. Em operação, os dois geradores de execução 21 podem operar, por exemplo, em cada 50% de carga, de modo que mediante a perda de um gerador de execução, o gerador restante possa obter a carga total e fornecer mais energia elétrica aos consumidores.

[00068] Para obter a integridade aumentada contra falhas, o sistema de proteção contra falhas de acordo com a presente modalidade é adicionalmente configurado para garantir que a operação do sistema de energia 10 continue após a ocorrência da falha. Além de isolar a falha, o sistema de proteção contra falhas garante que os geradores e os acionadores de propulsor permaneçam operacionais. Um problema particular é que mediante a ocorrência da falha, há uma queda de tensão significativa no barramento de distribuição de energia 15. A magnitude da queda de tensão irá depender geralmente da localização da falha.

[00069] Para esse propósito, o sistema de proteção contra falhas compreende um sistema ride-through de gerador. Cada fonte de energia 20 compreende um regulador de tensão automático (AVR) 22, que fornece controle de tensão de gerador. O AVR 22 pode implementar, por exemplo, um sistema de controle de circuito fechado que compara a tensão de terminal de gerador com um ponto de ajuste de tensão e ajusta a corrente de campo de excitação do gerador 21 para manter a tensão de saída do gerador dentro de uma faixa de operação. Quando se opera com conectores de barramento conectados 17, uma queda na tensão no barramento de distribuição de energia 15 pode fazer com que o AVR aumenta muito a corrente de excitação, danificando os componentes do excitador. Como um exemplo, os diodos que fornecem conversão AC para DC do excitador podem ser danificados, ou os varistores podem ser danificados. Para impedir os danos, o sistema de proteção contra falhas inclui um limitador de excitação, que pode ser compreendido no AVR 22. O limitador de excitação limita o campo de excitação que é fornecido ao excitador do gerador mediante a ocorrência de uma falha. O limitador de excitação pode detectar, por exemplo, a ocorrência de uma falha ao monitorar a tensão no terminal de gerador ou no barramento de distribuição de energia 15. Por outro lado, o limitador de excitação pode ser configurado para detectar uma condição de sobrecorrente de campo, ou seja, uma corrente de campo de excitação muito alta que é fornecida ao gerador 21, e pode como uma resposta reduzir a corrente de excitação para um valor pré- ajustado, por exemplo, entre cerca de 95 e 115% da corrente de campo de excitação avaliada.

[00070] O AVR 22 pode ser adicionalmente adaptado para limitar o pico de tensão após a ocorrência de uma falha. Essa função do AVR 22 pode novamente fazer parte do sistema de proteção contra falhas de acordo com a presente modalidade. Como mencionado acima, quando ocorrer uma falha, haverá geralmente uma queda na tensão no barramento de distribuição de energia 15. Consequentemente, a carga nos geradores de execução será aumentada, visto que essas devem fornecer a corrente de curto-circuito causada pela falha. Consequentemente, a frequência da tensão AC no barramento de distribuição de energia 15 também irá cair. O AVR 22 pode ser configurado para detectar a falha pela queda de tensão ou a queda na frequência no terminal de gerador ou no barramento de distribuição de energia 15. O AVR 22 agora irá tentar manter a tensão operacional especifica- da no barramento de distribuição de energia 15 ao aumentar a tensão de saída do gerador 21. Isso pode resultar em um pico de tensão muito significativo após a falha ser eliminada. O AVR 22 pode ser agora configurado para limitar esse pico ao limitar o ponto de ajuste de tensão do gerador 21 mediante a detecção de uma falha. Após a falha ser eliminada, o ponto de ajuste de tensão pode ser aumentado novamente para o ponto de ajuste de tensão operacional dentro de um período de tempo predeterminado. Desse modo, a tensão no barramento de distribuição de energia 15 pode retornar para a tensão operacional sem pico de tensão significativo.

[00071] Isso é particularmente importante no sistema de energia 10 que opera com os conectores de barramento fechados 17, como um pico de tensão pode fazer com que os consumidores sejam ativados, ou seja, sejam desconectados do sistema de energia 10 devido à so- bretensão. Consequentemente, a perda de função poderia resultar em um risco para a embarcação. Ao evitar o pico de tensão após a falha, a ativação desses componentes pode ser impedida, e assim a propagação da falha para outras seções do sistema de energia 10.

[00072] O limitador de excitação fornecido em AVR 22 também pode ser denominado limitador de superexcitação. O sistema de proteção contra falhas pode compreender ainda um limitador de subexcita- ção dentro do AVR 22. Quando um gerador de execução estiver paralelo a um ou mais outros geradores que determinam a tensão sobre o barramento de distribuição de energia 15, alterando, por exemplo, aumentando ou reduzindo a excitação, pode-se fornecer controle de fator de energia, ou seja, o gerador irá consumir ou produzir energia reativa. A falha de equipamento pode exigir que esse gerador opere em uma condição subexcitada para absorver energia reativa do sistema de energia. Também, se um AVR falhar em outro gerador, esse gerador poderia ser acionado em uma condição superexcitada e poderia co- meçar a criar energia reativa excessiva. Essa poderia precisar ser absorvida pelos outros geradores de execução. Esses podem ser então acionados em uma condição de operação subexcitada. Isso pode resultar em aquecimento excessivo de núcleo-extremidade, instabilidade de sistema de energia ou uma tensão operacional fora do limite permitido nos geradores afetados. O limitador de subexcitação é configurado para limitar o influxo de energia reativa no gerador. De forma efetiva, isso é realizado pelo limitador de subexcitação que interatua com o AVR para aumentar a tensão terminal até o influxo de energia ser reduzido abaixo do ajuste. Consequentemente, os danos aos geradores de execução adicionais e a perda de geradores adicionais podem ser evitados.

[00073] O sistema de proteção contra falhas compreende ainda um sistema ride-through de acionador de propulsor 33. Quando o sistema de energia 10 estiver operando com os conectores de barramento fechados 17, a queda de tensão sobre o barramento de distribuição de energia 15 no caso de uma falha pode resultar nos acionadores de propulsor 30 que se tornam inoperáveis e exigem uma reinicialização. Isso pode ser causado em particular pelos capacitores do acionador de frequência variável (VFD) 32 que serão descarregados quando a tensão de suprimento fornecida através do barramento de distribuição de energia 15 cair ou chegar a zero. O acionador de frequência variável 32 pode compreender, por exemplo, um estágio de retificador, um barramento DC intermediário e um estágio inversor que fornece tensão AC em frequência variável aos motores elétricos AC 31. O barramento DC é acoplado a um banco de capacitor que é fornecido para filtrar a tensão de barramento DC e fornece uma fonte DC estável para a seção inversora. Quando a energia de entrada no VFD 32 cair, a única fonte de energia disponível para colocar o motor elétrico AC 31 em funcionamento é a energia armazenada no banco de capacitor de bar- ramento DC, que será imediatamente descarregado. Uma vez que os bancos de capacitor atingem o estado descarregado, o VFD não pode ser facilmente reiniciado, visto que uma aplicação repentina de energia ao VFD 32 poderia resultar em correntes de partida excessivas, isso pode afetar outras partes do sistema de energia 10, ou seja, pode, por exemplo, ativar os geradores. Consequentemente, uma reinicialização total do sistema de acionador de propulsor 30 poderia ser exigida, sendo que os bancos de capacitor são lentamente carregados. Isso pode levar 10 segundos ou ainda mais, sendo que a embarcação poderia perder posição e não poderia ser pilotada. Isso poderia ser particularmente perigoso em situações de alto risco.

[00074] O sistema ride-through de acionador de propulsor 33 pode ser fornecido em um controlador do VFD, como no exemplo da Figura 1. O sistema ride-through de propulsor 33 fornece agora energia elétrica ao barramento DC do VFD 32 mediante a ocorrência de uma falha. A tensão no barramento DC é, desse modo, mantida acima de um limite de tensão predeterminado, impedindo assim a descarga dos capaci- tores ou bancos de capacitor durante um determinado período de tempo. O limite de tensão pode ser, por exemplo, cerca de 80% da tensão operacional DC de barramento, porém esse pode ser ajustado para valores superiores ou inferiores, dependendo da configuração particular.

[00075] O sistema ride-through de acionador de propulsor pode usar, por exemplo, buffering cinético para fornecer a energia elétrica ao barramento DC. Na hélice do acionador de propulsor, a energia cinética é armazenada. A hélice de rotação é uma grande massa rotativa com relativamente pouco atrito. O sistema ride-through de aciona- dor de propulsor detecta a tensão no barramento DC. Se a tensão de barramento DC cair, o sistema ride-through de acionador de propulsor responde ao reduzir ligeiramente a frequência de saída do inversor do VFD. Isso causa uma condição regenerativa sendo que o motor elétrico AC 31, que ainda está girando devido à energia cinética da hélice, começa a produzir uma tensão AC. Nessa denominada "condição regenerativa" a tensão AC produzida pelo motor elétrico 31 é então retificada pelo estágio inversor do VFD 32, ou seja, pelos diodos antipara- lelos ou de enrolamento livre que estão paralelos a cada transistor IGBT na seção inversora. Os diodos atuam como uma ponte trifásica de onda completa e convertem a tensão AC gerada em uma tensão DC, que é então usada para manter a tensão em um barramento DC acima do limite de tensão definido. A frequência de saída do estágio inversor pode ser reduzida como necessário para regenerar e converter a energia cinética armazenada em energia elétrica para manter o barramento DC acima do limite de tensão, ou seja, para fazer com que o VFD "permaneça ativo". O sistema ride-through de acionador de propulsor pode ser configurado para realizar a recuperação de energia cinética até o motor atingir uma velocidade de rotação de zero RPM. Durante todo o tempo, o motor e VFD 32 permanecem conectados e operacionais, e a tensão de barramento DC é mantida. Uma reiniciali- zação muito rápida e suave do acionador de propulsor 30 pode ser realizada desse modo quando a energia no barramento de distribuição de energia 15 for restaurada. Geralmente, o isolamento da falha e a recuperação da energia no barramento de distribuição de energia 15 podem ser mais rápidos que um segundo, geralmente mais rápidos que 500 ms ou ainda que 250 ms. O buffering cinético fornecido pelo sistema ride-through de acionador de propulsor pode estar na ordem de 1 a 3 segundos. Consequentemente, o acionador de propulsor 30 pode ser mantido ativo durante todo o tempo da interrupção.

[00076] Assim, por meio do sistema de isolamento de falhas, o sistema ride-through de gerador e o sistema ride-through de acionador de propulsor que formam parte do sistema de proteção contra falhas, é possível operar o sistema de energia com conectores de barramento fechados e disjuntores de conector de barramento fechados, e para manter esses disjuntores das subseções não afetadas do sistema de energia fechado mediante a ocorrência de uma falha. O sistema de isolamento de falhas isola rapidamente a falha, enquanto o sistema ride-through de gerador e o sistema ride-through de acionador de propulsor garantem que a operação contínua do gerador e continua a fornecer energia elétrica ao barramento de distribuição de energia 15 e aos acionadores de propulsor 30 após o isolamento da falha. A energia é imediatamente restaurada após o isolamento da falha, e os acio- nadores de propulsor podem continuar imediatamente a operar após o isolamento da falha, e podem manter a embarcação na posição.

[00077] No exemplo da Figura 1, mesmo que uma subseção de sistema de energia 11 que compreende um dos dois geradores de execução se torne isolado do restante do sistema de energia 10 devido a uma falha, o único gerador adicional que está em execução pode fornecer todos os cinco acionadores de propulsor restantes através das seções restantes de barramento de distribuição de energia 15, visto que a) os disjuntores 41, 42 das subseções não afetadas permaneçam fechados, b) o barramento de distribuição de energia 15 é fornecido em uma configuração de anel e c) o gerador 21 e os acionadores de propulsor 30 permanecem operacionais.

[00078] Deve ser óbvio que o sistema de energia e o sistema de proteção contra falhas descritos acima em relação à Figura 1 são apenas modalidades exemplificativas da invenção, e que outras modalidades podem ser configuradas de forma diferente.

[00079] Como um exemplo, o sistema de energia 10 pode compreender mais ou menos seções de sistema de energia 12, ou mais ou menos subseções de sistema de energia 11, com o número correspondente de subseções de barramento 16. O sistema ride-through de acionador de propulsor pode ser, por exemplo, implementado de forma diferente, por exemplo, ao fornecer um dispositivo de armazenamento de energia conectado ao barramento DC do respectivo VFD para manter o nível de tensão predefinido sobre o barramento DC. Esse dispositivo de armazenamento de energia pode incluir, por exemplo, uma bateria ou um banco de capacitor ou similares. Também, deve ser óbvio que a divisão e disposição dos componentes são apenas esquemáticas para o propósito de ilustrar sua função, e que esses podem ser fisicamente implementados sob a forma de unidades diferentes ou em posições diferentes. Como um exemplo, o controlador VFD 33 pode ser substituído por um controlador VFD comum localizado separado dos VFDs 32. As subseções de barramento 16 podem ser fornecidas sob a forma de barras de barramento. Os relés de proteção e disjuntores associados 41, 42, 25, 35, podem ser, por exemplo, fornecidos em quadros de distribuição, com os quadros de distribuição pertencendo a seções diferentes 12 do sistema de energia 10 que estão localizadas em ambientes diferentes separados por paredes à prova de fogo. Também, componentes adicionais podem estar presentes, por exemplo, um transformador de acionador de propulsor acoplado entre o VFD 32 e o disjuntor 35.

[00080] Isso é ilustrado, por exemplo, em mais detalhes na Figura 2. A Figura 2 mostra a mesma modalidade do sistema de energia 10 que a Figura 1, com o foco em componentes particulares do sistema de energia 10. Para o propósito de clareza, os componentes restantes que já foram explicados em relação à Figura 1 não foram novamente designados pelas referências numéricas na Figura 2.

[00081] Na Figura 2, a linha pontilhada destaca uma subseção de sistema de energia 11 que pode se tornar isolada mediante a ocorrência de uma falha nessa subseção de sistema de energia. Os disjuntores designados pelas referências numéricas 41 e 42 são abertos para isolar a subseção de sistema de energia 11. Dois geradores que estão operando são circundados por uma linha. Consequentemente, mediante o isolamento de subseção 11, o gerador 1 continua a fornecer energia elétrica às subseções restantes do sistema de energia 10.

[00082] Quando um gerador está operando significa que um a máquina motriz está atualmente movendo o gerador. Uma máquina motriz será geralmente um motor, como um motor a diesel ou uma turbina de gás. A saída de energia da máquina motriz pode ser ajustada por meio de um regulador (não mostrado), que ajusta a saída de energia de acordo com a demanda de energia ativa. Quando a carga sobre o gerador de execução 1 aumentar devido à falha e o isolamento de subseção 11, exige-se que a máquina motriz de gerador 1 forneça uma saída de energia superior, isso resulta em alterações de torque significativas. Isso pode ser reduzido por meio do AVR do gerador que implementa o limitador de excitação e a prevenção de pico de tensão.

[00083] A referência numérica 70 designa um sistema de gerenciamento de energia (EMS) que se comunica com as diferentes subseções 11 do sistema de energia 10. Os disjuntores e relés de proteção podem ser, por exemplo, fornecidos em quadros de distribuição com os quais o PMS 70 faz interface, por exemplo, por comunicação serial redundante. O PMS 70 pode ainda fazer interface com os sistemas de suprimento de energia 70 que incluem os geradores 21. O sistema de gerenciamento de energia 70 pode emitir, por exemplo, comandos que compreendem a partida de um gerador ou a parada de um gerador, a abertura ou o fechamento de um disjuntor e similares. O PMS 70 pode realizar várias funções de gerenciamento de energia, inclusive a partida de um novo gerador quando exigido, por exemplo, devido a um aumento na carga ou devido à perda de um gerador após a ocorrência de uma falha. Para esse propósito, os sensores de energia de cada gerador podem fazer interface com o PMS 70, e o PMS pode obter ainda informações sobre a carga atualmente conectada. Por outro lado, pode-se determinar a carga da saída de energia de corrente de cada gerador. O PMS 70 pode realizar agora, por exemplo, uma parti- da/parada dependente de carga de motores e geradores, uma parti- da/parada dependente de falha de motores e geradores, uma seleção do modo operacional do sistema de energia, por exemplo, DP2 ou DP3 com disjuntores de conector de barramento fechados, e similares. Esse pode isolar seletivamente uma seção ou subseção do sistema de energia, ou realizar uma reconexão do anel principal, ou seja, o bar- ramento de distribuição de energia 15. O PMS 70 para esse propósito também pode compreender uma HMI (interface homem-máquina), através da qual um operador pode monitorar o sistema de energia e pode ser alertado de determinadas situações, como uma falha.

[00084] A Figura 2 ilustra ainda um transformador de acionador de propulsor 34 que reduz a tensão AC fornecida sobre o barramento de distribuição de energia 15. A tensão AC sobre o barramento de distribuição de energia 15 pode estar dentro de uma faixa de tensão média, por exemplo, entre cerca de 5000 e cerca de 30000 Volt, por exemplo, em 11000 Volts. O transformador 34 pode reduzir, por exemplo, essa tensão para cerca de 3 a 8 kV, por exemplo, 5000 ou 6000 Volts. A tensão de saída do transformador 34 depende do tipo de motor elétrico AC 31 usado no respectivo acionador de propulsor.

[00085] Embora nas Figuras, apenas conexões elétricas únicas sejam mostradas, deve ser visível que o sistema de energia 10 é um sistema de energia trifásico, ou seja, a energia AC trifásica pode ser fornecida nas saídas de gerador, e o barramento de distribuição de energia 15 compreende barras de barramento para cada fase da energia elétrica AC trifásica. O transformador de acionador de propulsor 34 compreende um enrolamento primário que possui três enrolamentos, um para cada fase, que estão no exemplo da Figura 2 conectados em uma configuração delta. O transformador 34 compreende ainda dois enrolamentos secundários, cada um novamente para as três fases, sendo que em um enrolamento, as três fases são conectadas em uma configuração delta e no outro enrolamento em uma configuração de estrela ou Y. Consequentemente, haverá um deslocamento de fase na energia elétrica AC de três fases que é emitido pelos dois enrolamentos secundários diferentes. As saídas de gerador são fornecidas ao acionador de frequência variável 32, isso pode produzir uma tensão DC no barramento intermediário DC que possui distorções harmônicas reduzidas.

[00086] Na presente modalidade, o transformador 34 possui um quarto enrolamento 36, ou seja, um terceiro enrolamento secundário. O sistema de energia 10 compreende ainda uma conexão elétrica 37 do quarto enrolamento 36 a um utilitário de propulsor e/ou quadro de distribuição de suporte de motor. O quadro de distribuição de utilitários de propulsor fornece energia elétrica aos utilitários do acionador de propulsor 30 que são necessários para operar o acionador de propul-sor. O quadro de distribuição de suporte de motor fornece energia elétrica aos utilitários do motor que aciona o respectivo gerador, ou seja, à máquina motriz do gerador. Ao acionar esses quadros de distribuição a partir de um quarto enrolamento 36 do transformador 34, não é necessário fornecer um transformador adicional, desse modo, economizando custos, peso e espaço. Ademais, todos os utilitários do acio- nador de propulsor e do motor do gerador de uma subseção de sistema de energia particular 11 são diretamente acionados a partir da respectiva subseção de barramento de distribuição de energia. Consequentemente, se uma subseção de sistema de energia 11 se tornar isolada, por exemplo, quando se abre os respectivos disjuntores de conector de barramento e os disjuntores de conector de barramento, a subseção 11 permanece completamente funcional como uma ilha iso lada que pode continuar a operar ambos, o gerador e o acionador de propulsor. Se uma falha fizer com que, por exemplo, toda a seção 12 do sistema de energia 10 se torne isolada das seções restantes, uma subseção 11 sendo que ocorre a falha pode ser inoperável e isolada da subseção restante 11, que como uma ilha isolada ainda pode continuar a operar. Consequentemente, a segurança operacional é aumentada, e a perda de acionadores de propulsor mediante a ocorrência de uma falha pode ser mantida pequena.

[00087] Isso é mostrado em mais detalhes na Figura 3 para uma única seção 12 do sistema de energia 10. A Figura 3 mostra o quadro de distribuição de utilitários de propulsor 38 e o quadro de distribuição de suporte de motor 39, que são acoplados ao quarto enrolamento 36 do transformador 34. O quadro de distribuição de utilitários de propulsor 38 pode acionar, por exemplo, componentes como uma bomba de resfriamento de água do mar, uma bomba de resfriamento de água doce, uma bomba hidráulica de propulsor, bomba de óleo lubrificante de propulsor. O quadro de distribuição de suporte de motor 39 pode acionar, por exemplo, uma bomba de óleo lubrificante de gerador, uma bomba de óleo lubrificante de gerador de diesel, um alimentador de pré-aquecedor de diesel, suprimento de ambiente de motor e ventiladores de extração ou similares.

[00088] O sistema de energia 10 pode compreender ainda um suprimento de energia ininterrupto 60 que é fornecido para cada subseção 11 do sistema de energia. No exemplo da Figura 3, o suprimento de energia ininterrupto (UPS) 60 é acoplado a ambos, o quadro de distribuição de utilitários de propulsor e o quadro de distribuição de suporte de motor 38, 39. O UPS 60 pode compreender, por exemplo, uma bateria que pode fornecer energia elétrica a ambos os quadros de distribuição no caso de uma falha do suprimento de energia principal. Consequentemente, o gerador e o propulsor da respectiva subseção de sistema de energia 11 podem permanecer operacionais, mesmo que o suprimento de energia principal seja temporariamente interrompido devido a uma falha. Novamente, isso garante uma rápida recuperação após a ocorrência e o isolamento de uma falha.

[00089] O sistema de proteção contra falhas compreende ainda uma conexão elétrica interligada 61 entre o UPS 60 de uma subseção de sistema de energia 11 e os quadros de distribuição 38, 39 de uma subseção de sistema de energia diferente 11. Assim, cada quadro de distribuição 38, 39 é acoplado de maneira eficaz a dois UPSs. Os UPSs redundantes são fornecidos, aumentando assim a confiabilidade operacional do motor e dos utilitários de propulsor. Também, o acoplamento a dois UPSs diferentes pode ser usado para prolongar o tempo ao longo do qual os respectivos utilitários podem ser operados sem energia primária.

[00090] Deve ser observado que a conexão elétrica interligada 61 é de tal natureza que os quadros de distribuição 38, 39 de subseções de sistema de energia diferentes 11 permanecem isolados, de modo que uma falha não possa se propagar através dessas seções. Isso pode ser realizado por meio do acoplamento como ilustrado no UPS 60. Na Figura 3, a bateria ou o banco de capacitor de UPS 60 não é explicitamente mostrado, porém a conexão ao mesmo é indicada.

[00091] Nota-se que a Figura 3 ilustra uma configuração particular do sistema de energia 10 que é mostrado nas Figuras 1 e 2, de modo que as explicações fornecidas acima em relação às Figuras 1 e 2 sejam igualmente aplicáveis ao sistema de energia 10 da Figura 3.

[00092] A Figura 4 mostra um diagrama de fluxo de um método de acordo com uma modalidade da invenção que pode ser realizado em qualquer uma das modalidades descritas do sistema de energia 10 inclusive o sistema de proteção contra falhas. Na etapa 101, o sistema de energia da embarcação dinamicamente posicionada é operado du rante uma operação de alto risco em um modo de operação de classe DP2 ou DP3, com os disjuntores de conector de barramento fechados. Na etapa 102, ocorre uma falha no sistema de energia. Na etapa 103, a falha é identificada, por exemplo, por meio dos relés de proteção. Os disjuntores são abertos para isolar o respectivo componente, ou são abertos para isolar a respectiva subseção de sistema de energia 11 sendo que ocorreu a falha. O isolamento de falha pode ocorrer, por exemplo, dentro de 150 ms, por exemplo, dentro de cerca de 140 ms para uma falha em um acionador de propulsor (proteção contra sobre- corrente) e cerca de 100 ms para uma falha em uma barra de barra- mento do barramento de distribuição de energia 15 (proteção diferencial).

[00093] Na etapa de decisão 104, verifica-se se a falha ainda está presente após tentar isolar a mesma na etapa 103. Se a falha ainda estiver presente, uma proteção de backup é ativada na etapa 105. Como mencionado acima, essa pode ser, por exemplo, uma proteção contra curto-circuito ou sobrecorrente. Se após a ativação da proteção de backup, a falha ainda estiver presente (etapa de decisão 106), todos os disjuntores na respectiva subseção de sistema de energia 11 são abertos como um backup adicional (etapa 107), por exemplo, pela proteção contra falhas de disjuntor mencionada acima. Geralmente, a etapa 107 deve ser completada dentro de menos de 500, de preferência, menos de 250 ms após a ocorrência da falha. Nota-se que esse é apenas um método exemplificativo de eliminação da falha, e métodos modificados ou mais complexos podem ser usados.

[00094] Paralelo ao isolamento da falha pelas medidas acima, as etapas 108 a 110 são realizadas, isso garante que o sistema de energia 10 permaneça operacional. Na etapa 108, a proteção ride-through de gerador é realizada ao impedir que o excesso de correntes de campo de excitação seja causado pelo AVR do gerador que é atual- mente operacional. Na etapa 109, a proteção ride-through de aciona- dor de propulsor é realizada ao impedir a queda de tensão sobre o barramento DC do VFD propulsor em qualquer modo descrito acima. Consequentemente, os geradores de execução bem como os aciona- dores de propulsor permanecem operacionais. Ademais, a etapa 110 fornece limitação de pico de tensão após a falha ser eliminada ao reduzir o ponto de ajuste de tensão do gerador da maneira descrita acima. Altas correntes de partida, altas variações de torque na máquina motriz e na ativação de cargas adicionais podem ser impedidas.

[00095] Os disjuntores nas subseções de sistema de energia restantes 11 permanecem fechados durante a falha e após a eliminação da falha (etapa 111). A operação continua. Se necessário, geradores adicionais e motores associados são ligados para fornecer energia elétrica suficiente no barramento de distribuição de energia 15 (etapa 112). Isso pode ser, por exemplo, necessário se um gerador de execução estiver localizado dentro da subseção de sistema de energia 11 que se torna isolada quando se elimina a falha. Como pode ser observado a partir da descrição acima, o sistema de energia e o sistema de proteção contra falhas de acordo com as modalidades da invenção fornecem segurança operacional e proteção contra falhas que torna o sistema capaz de operar com conectores de barramento fechados mesmo durante operações de alto risco. A ocorrência de uma única falha no sistema de energia não irá resultar em uma interrupção do sistema de energia, e ambos, geradores e propulsores, permanecem operacionais, de modo que manutenção da posição da embarcação dinamicamente posicionada seja mantida. As modalidades da invenção fornecem, desse modo, integridade de sistema de energia aumentada contra falhas e um risco reduzido de interrupção de uma seção total, visto que as seções são subdivididas em subseções. O risco de uma interrupção total também pode ser reduzido devido ao esquema de proteção e ao uso de funcionalidades de controle pelo sistema de proteção contra falhas. A integridade aumentada da embarcação contra falhas que afetam a manutenção da posição permite a operação com disjuntores de conector de barramento fechados em todos os modos operacionais, como DP2 e DP3. Isso resulta em custos de combustível reduzidos e uma emissão reduzida de gases de combustão, como CO2. Ademais, menores geradores precisam ser executados, resultando em horas de operação e custos de manutenção reduzidos de motores e geradores. Também, o serviço é facilitado, visto que é possível desligar completamente os motores e geradores de uma seção particular, e assim realizar o serviço, sendo que os motores operem no mesmo ambiente de motor. A prevenção de pico de tensão e do UPS resulta em um risco reduzido de perda de consumidores essenciais após a ocorrência de uma falha.

[00096] Embora as modalidades específicas sejam descritas aqui, várias alterações e modificações podem ser feitas sendo que se abandone o escopo da invenção.

Claims

1. Sistema de proteção contra falhas de um sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada, sendo que o sistema de energia (10) é separado em duas ou mais seções de sistema de energia (12) cada uma compreendendo uma seção de barra- mento de um barramento de distribuição de energia (15), sendo que as seções de barramento são conectadas por conectores de barramento (17) em uma configuração de anel, e sendo que cada seção de sistema de energia (12) compreende duas ou mais subseções de sistema de energia (11) cada uma compreendendo uma subseção de barra- mento (16) do barramento de distribuição de energia (15), as subseções de barramento (11) da mesma seção de sistema de energia (12) são conectadas por um ou mais acopladores de barramento, sendo que cada seção de barramento compreende uma conexão a um gerador (21) e uma conexão a um acionador de propulsor (30) da embarcação dinamicamente posicionada, sendo que o sistema de proteção contra falhas compreende, um sistema de isolamento de falhas que inclui para cada seção de sistema de energia (12) um disjuntor de conector de barra- mento (41) para interromper a conexão fornecida pelo conector de bar- ramento (17) e um ou mais disjuntores de acoplador de barramento (42) para interromper a conexão fornecida por um ou mais acopladores de barramento, o sistema de isolamento de falhas é configurado para implementar um esquema de proteção de sobrecorrente diferencial para operar pelo menos o disjuntor de conector de barramento (41) e o disjuntor de acoplador de barramento (42), caracterizado pelo fato de que ainda compreende, um sistema ride-through de gerador que compreende para cada seção de sistema de energia (12) um limitador de excitação para o gerador (21) acoplado à respectiva seção de barramento, o sistema ride-through de gerador é adaptado para limitar a corrente de campo de excitação fornecida ao gerador (21) mediante a ocorrência de uma falha, um sistema ride-through de acionador de propulsor configurado para fornecer energia elétrica a um barramento DC de um aci- onador de frequência variável (32) do acionador de propulsor (30) de cada seção de sistema de energia (12) mediante a ocorrência de uma falha para manter a tensão sobre o barramento DC acima de um limite de tensão predeterminado, sendo que a energia elétrica é provida por um dispositivo de armazenamento de energia compreendendo um capacitor, um banco de capacitores ou buffering cinético, sendo que o sistema de proteção contra falhas é configurado, mediante a ocorrência de uma falha no sistema de energia (10), para isolar a falha ao ativar o componente do sistema de energia (10) sendo que a falha ocorreu e/ou ao abrir um ou mais disjuntores (41, 42, 25, 35) na subseção de sistema de energia (11) onde a falha está localizada, e continuar a operação do sistema de energia com os dis-juntores de conector de barramento restantes (41) e os disjuntores de acoplador de barramento (42) fechados.

2. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de isolamento de falhas é configurado para implementar uma proteção de sobrecor- rente diferencial e/ou uma proteção de sobrecorrente direcional contra falhas pelo menos para os conectores de barramento (17) e as subseções de barramento (16).

3. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de isolamento de falhas compreende relés de proteção para operar pelo menos os disjuntores de conector de barramento (41) e os disjuntores de acoplador de barramento (42), sendo que os relés de proteção implemen- tam a proteção de sobrecorrente diferencial e/ou a proteção de sobre- corrente direcional dos conectores de barramento (17) e as subseções de barramento (16).

4. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o sistema de isolamento de falhas é adicionalmente configurado para implementar uma proteção contra curto-circuito e sobrecorrente como um backup pelo menos por meio dos disjuntores de conector de barramento (41) e dos disjuntores de acoplador de barramento (42).

5. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o sistema de isolamento de falhas compreende ainda para cada seção de sistema de energia (12), de preferência, para cada subseção de sistema de energia (11), um disjuntor de gerador (25) para interromper a conexão ao gerador (21) e um disjuntor de acionador de propulsor (35) para interromper a conexão ao acionador de propulsor (30).

6. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um regulador de tensão automático (22) que contém o limitador de excitação, o regulador de tensão automático (22) que é adaptado para ajustar automaticamente a tensão fornecida pelo respectivo gerador (21) para manter a tensão dentro de uma faixa de operação.

7. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o regulador de tensão automático (22) é adaptado para detectar a ocorrência de uma falha ao detectar uma queda na tensão na saída de gerador ou no barramento de distribuição de energia (15), o regulador de tensão automático (22) é adaptado para reduzir um ponto de ajuste de tensão do gerador (21) após a detecção de uma falha e controlar a tensão de saída do gera- dor de acordo com o ponto de ajuste de tensão reduzido, para limitar o pico de tensão após a ocorrência de uma falha.

8. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o sistema ride-through de acionador de propulsor compreende um controlador de acionador de frequência variável (33) para o acionador de frequência variável (32) de cada acionador de propulsor (30), o controlador de acionador de frequência variável (33) é adaptado para reduzir a frequência de saída do respectivo acionador de frequência variável (32) mediante uma queda na tensão sobre o barramento DC do acio- nador de frequência variável, fazendo assim com que o acionador de frequência variável opere em uma condição geral sendo que a energia elétrica é gerada por um motor elétrico (31) do acionador de propulsor e é retroalimentada no barramento DC para manter a tensão sobre o barramento DC acima do limite de tensão.

9. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o sistema ride-through de acionador de propulsor compreende um dispositivo de armazenamento de energia, como uma bateria, que é acoplada ao barramento DC do acionador de frequência variável, o dispositivo de armazenamento de energia é adaptado para fornecer energia elétrica ao barramento DC no caso de uma queda de tensão sobre o barramento DC para manter a tensão sobre o barramento DC acima do limite de tensão.

10. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o sistema de energia compreende ainda para cada subseção de sistema de energia uma conexão a um quadro de distribuição de utilitários de propulsor (38) eletricamente acoplado ao gerador (21) da respectiva subseção de sistema de energia (11) para fornecer energia elétrica aos utilitários do acionador de propulsor (30), e uma conexão a um quadro de distribuição de suporte de motor (39) eletricamente acoplado ao gerador (21) da respectiva subseção de sistema de energia (11) para fornecer energia elétrica aos utilitários do motor que opera o gerador (21) da subseção de sistema de energia (11), o sistema de proteção contra falhas compreende ainda para cada subseção de sistema de energia (11) um disjuntor para interromper a conexão ao quadro de distribuição de utilitários de propulsor (38) e ao quadro de distribuição de suporte de motor (39).

11. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um suprimento de energia ininterrupto (60) para cada subseção de sistema de energia (11), sendo que o suprimento de energia ininterrupto é acoplado ao quadro de distribuição de utilitários de propulsor (38) e/ou ao quadro de distribuição de suporte de motor (39).

12. Sistema de proteção contra falhas, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma conexão de interligação elétrica (61) a partir do quadro de distribuição de utilitários de propulsor (38) ou do quadro de distribuição de suporte de motor (39) de uma subseção de sistema de energia ao suprimento de energia ininterrupto de outra subseção de sistema de energia.

13. Sistema de energia de uma embarcação dinamicamente posicionada, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de detecção de falhas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

14. Sistema de energia, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente para cada subseção de sistema de energia uma conexão a um quadro de distribuição de utilitários de propulsor (38) para fornecer energia elétrica aos utilitários do acionador de propulsor (30), e uma conexão a um quadro de distribuição de suporte de motor (39) para fornecer energia elétrica aos utilitários do motor que opera o gerador (21) da subseção de sistema de energia (11), o sistema de energia compreende adicionalmente um transformador (34) para cada subseção de sistema de energia (11) conectada à respectiva subseção de barramento (16), o transformador fornece energia elétrica a um respectivo acionador de propulsor (30) acoplado à subseção de barramento (16), sendo que o transformador (34) compreende um enrolamento secundário adicional (36) eletricamente acoplado ao quadro de distribuição de utilitários de propulsor (38) e ao quadro de distribuição de suporte de motor (39) da subseção de sistema de energia (11) para fornecer energia elétrica a ambos os quadros de distribuição (38, 39).

15. Método de operação de um sistema de proteção contra falhas, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o método compreende as etapas de - detectar uma falha no sistema de energia (10), - localizar a falha no sistema de energia (10), - isolar eletricamente o componente onde ocorreu a falha do restante do sistema de energia ao abrir um disjuntor (41, 42, 25, 35) acoplado ao componente ou isolar a subseção de sistema de energia (11) onde a falha ocorreu do restante do sistema de energia ao abrir o conector de barramento (41) e/ou disjuntores de acoplador de barra- mento (42) da respectiva subseção de barramento (11), e - continuar a operação do sistema de energia (10) com o restante dos disjuntores de conector de barramento (41) e os disjuntores de acoplador de barramento (42) fechados.