Sistemas de Energia - Cap. 3 e 4 - Prof. Helton Do Nascimento

Sistemas de Energia - Cap. 3 e 4 - Prof. Helton do Nascimento

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Sistemas de Energia - Cap. 3 e 4 - Prof. Helton do NascimentoEnviado por: Serjin Machado | comentrios

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3.1 TRANSMISSO DE ENERGIA ELTRICA

Muitas vezes, a gerao de energia eltrica ocorre em locais distantes dos centros consumidores. No caso predominante no Brasil (gerao hdrica) a natureza impe os locais onde sejam viveis as construes das barragens. comum usinas geradoras distantes centenas ou milhares de quilmetros dos grandes centros. Assim, so necessrios meios eficientes de levar essa energia. A Figura 3.1 d o esquema simplificado de uma transmisso. Aps o gerador, transformadores da subestao elevadora aumentam a tenso para um valor alto. Dependendo da regio, pode variar de 69 a 750 kV. Finda a linha transmisso, transformadores de uma subestao redutora diminuem a tenso para um valor de distribuio, objeto do prximo tpico. A rede de transmisso geralmente ocupa e se desenvolve por grandes extenses territoriais, integrando-se aos sistemas de distribuio atravs de subestaes abaixadoras, em derivao ou radiais, e possibilitando ainda a interligao sistemas vizinhos (Figura 3.1), auferindo da benefcios tcnicos e econmicos.

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DESCRIO

Apostila Sistemas de Energia Cap 3 e 4 Prof. Helton do Nascimento CEFET-MA/IFMA

ARQUIVOS SEMELHANTES

Figura 3.1 Esquema simplificado da transmisso.

termodinamica2apostila 2 de 5 sobre um estudo mais afundo sobre a termodinamica

Mas por que a tenso de transmisso precisa ser to alta? Podemos fazer uma analogia com uma tubulao de gua. Seja uma tubulao pela qual passa uma determinada vazo de gua: se aumentamos a presso no incio, a vazo tambm

Termodinmica 1. leiDescrio

aumentar sem necessidade de um tubo de maior dimetro. No caso da energia eltrica, se transmitida com baixas tenses na potncia necessria para atender milhares de consumidores, a bitola dos condutores precisaria ser to grande que tornaria o sistema economicamente invivel. Sistemas de Energia - Cap. 1 e 2 Prof. Helton do NascimentoApostila de Sistemas de Energia Eltrica Prof. Helton do Nascimento CEFETMA/IFMA

A tenso de transmisso escolhida para que a corrente na linha seja convenientemente baixa, resultando em condutores e transmisso econmicos, perdas menores, regulao adequada e estabilidade no transporte da energia. O nvel de tenso define os parmetros dieltricos para seleo dos equipamentos de alta tenso das subestaes e linhas, principalmente tenso de trabalho ou nominal, nvel bsico de isolamento, sobretenses suportveis de descarga atmosfrica e de manobra. Deste decorrem os valores de espaamento entre fases, entre fase e terra, entre partes ativas e aterradas, geometria do encabeamento das estruturas, e dimensionamento dos pra raios, dispositivos contra surtos, isoladores suporte, de suspenso e de cadeia. A corrente resultante da escolha da tenso de transmisso determina o dimensionamento eletrodinmico dos equipamentos de alta tenso das subestaes e linhas, em especial a corrente de trabalho, corrente de sobrecarga admissvel e longa e curta durao, sobrecorrente dinmica e de surto, e de curto circuito originadas da central geradora e do Sistema Interligado. Em conseqncia so definidas as cargas dinmicas sobre os suportes e estruturas, pesos e bitolas (sees condutoras padronizadas) dos barramentos, cabos e conexes, e as capacidades de conduo corrente de trabalho e sobrecorrentes para as partes condutoras dos equipamentos e cargas mecnicas sobre as estruturas de suporte.

Energia das Mars - Aleksander de Souza - Antnio Gabriel Viola-----

Ecosis01Material de ecossitemas 1

Estudo de aplicao dos sistemas de co-gerao de energia...De acordo com as caractersticas sazonais da gerao predominantemente hidreltrica no Brasil, a...

claro que, na prtica, os sistemas de transmisso no so exclusivamente para um gerador. Usinas normalmente dispem de vrios conjuntos turbina-gerador que trabalham em paralelo. As transmisses de diferentes usinas e diferentes centros consumidores so interligados de forma a garantir o suprimento em caso de panes e outros problemas.

Fsica atmicaEstudo das partculas de energia atravs dos conceitos da FSICA ATMICA.

3.2 INTERLIGAO DO SISTEMA ELTRICO

No Brasil, a base geradora de energia eltrica tem a caracterstica de ser eminentemente hidrulica (95%), com a gerao trmica exercendo a funo de

Fsica atmicaConhecimentos sobre as partculas atmicas atravs da FSICA ATMICA.

complementaridade nos momentos de pico do sistema. As caractersticas do parque gerador fazem com que a gerao

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eltrica brasileira requeira a coordenao da operao (despacho de energia) das usinas hidreltricas para a otimizao da utilizao do parque instalado. Em sua grande maioria, os reservatrios de gua das usinas so utilizados de forma planejada para que se possa tirar proveito da diversidade pluviomtrica nas diferentes bacias existentes. Assim, a possibilidade de interligao de bacias localizadas em diferentes regies geogrficas assegura ao sistema brasileiro um importante ganho energtico, pois, dessa forma, possvel tirar proveito das diferentes sazonalidades e dos nveis pluviomtricos. Em funo disso, o programa de despacho deve considerar um fator de restrio intertemporal, ou seja, definir o custo de oportunidade do uso da gua armazenada em funo da probabilidade de vertimentos no futuro.

Adicionalmente, no caso brasileiro, a coordenao do despacho reforada pelo fato de determinados aproveitamentos hidreltricos serem efetuados em cascata e, muitas vezes, por diferentes proprietrios, tornando-os interdependentes e adicionando complexidade previso das tradicionais variveis referentes ao comportamento da demanda e capacidade instalada de gerao. Por sua vez, a dimenso continental brasileira e a diversidade geogrfica e econmica do pas deram origem a diferentes sistemas eltricos de transmisso, referentes a mercados regionais com distintas caractersticas de desenvolvimento. Somente em 1999 foi concluda a interligao dos dois subsistemas de transmisso, que possibilitar o intercmbio de 600 MW mdios anuais entre eles, a saber: Sul-Sudeste-Centro-Oeste e Norte-Nordeste, que correspondem, respectivamente, a 72,5% e 24% da capacidade instalada nacional (Figura 3.2). Existem, ainda, sistemas isolados no norte do pas, cujo parque gerador representa 3,5% do parque nacional instalado.

A fim de supervisionar todo o processo acima descrito, foi criado o Operador

Nacional do Sistema Eltrico (ONS). Esta entidade privada composta por representantes dos diversos agentes do setor, dos consumidores e do poder concedente, e tem a responsabilidade de controle operacional direto de todos os que compem a rede bsica de transporte de energia eltrica, sejam eles de propriedade das empresas de gerao, transmisso ou distribuio. Por meio de um Contrato de Prestao de Servios de Transmisso (CPST), os proprietrios das redes bsicas de transporte fazem uma cesso de direitos de controle operacional dos seus ativos para o ONS, mediante o

pagamento de receitas que lhe remunerem os custos e os investimentos realizados. As principais funes do ONS so as seguintes:

Garantir o livre acesso rede de transmisso de forma no discriminatria;

Promover a otimizao da operao do sistema eltrico, fazendo o planejamento e a programao da operao e o despacho centralizado da gerao;

Incentivar a expanso do sistema ao menor custo;

Administrar as redes bsicas de transmisso.

Figura 3.2 mapa do sistema interligado nacional.

A construo de linhas de transmisso, de modo a interligar sistemas de potncia constitui-se uma medida, tanto tcnica quanto econmica, bastante eficiente. Porm as interligaes entre sistemas podem trazer alguns problemas como permitir que os

distrbios de uma regio sejam transferidos para outra e que o nvel de curto circuito aumente. Desta forma, a viabilizao de um empreendimento de interligao deve ser resultado de um estudo de benefcios e custos, pelas equipes de planejamento eltrico e energtico, que tambm devem estudar meios de minimizar os inconvenientes e maximizar os benefcios destas interligaes.

3.3 ESTRUTURAS E CABOS

No perodo inicial da transmisso de energia eltrica foram usados condutores de cobre, porm estes j foram completamente substitudos pelos condutores de alumnio por consideraes de custo e de peso. Para uma resistncia desejada, o condutor de alumnio custa e pesa menos do que o cobre. Na tabela 3.1 tem-se a nomenclatura AWG, o dimetro

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e as seces retas dos cabos. A s quatro ltimas colunas fazem um comparativo entre o cabo de cobre e de alumnio. (Verificar o tipo de cabo).

Tabela 3.1 Cabos de alumnio e cobre (resistncia eltrica referida a 20 C)

O condutor de alumnio possui um dimetro maior do que o condutor de cobre equivalente. Maior densidade de fluxo eltrico na superfcie do condutor. Menor gradiente de potencial na superfcie e menor tendncia ionizao do ar em volta do condutor (efeito corona). Usa-se papel ou leo isolante para aumentar o nvel de tenso que o cabo pode suportar.

Os tipos de condutores de alumnio encontrados no mercado so:

CA: Condutores de alumnio puro AAAC: Condutores de liga de alumnio pura

CAA: Condutores de alumnio com alma de ao

ACAR: Condutores de alumnio com alma de liga de alumnio

Cabos encordoados: flexibilidade

3.3.1 EFEITO CORONA

O efeito Corona ocorre quando um forte campo eltrico associado com um condutor de alta tenso ioniza o ar prximo ao condutor. Este fenmeno provoca os seguintes efeitos:

O ar ionizado pode se tornar azul; Torna-se audvel em forma de "estalos;

Libera partculas de O2 e O3 - um gs corrosivo que destri equipamentos de linhas de potencia e coloca em perigo a sade humana;

Gera rudo eletromagntico de largo espectro.

O efeito corona torna-se excessivo nas tenses acima de 230 kV provocando o aumento das perdas e a interferncia nas comunicaes

Figura 3.3 Efeito corona.

3.3.2 MODELO ELTRICO DE UMA LINHA DE TRANSMISSO

Para clculos envolvendo sistemas eltricos fundamental modelar as suas partes para inseri-lo em um circuito eltrico. As linhas de transmisso tm algumas caractersticas que so levadas em conta para definir o seu modelo. A corrente eltrica ao passar pelo cabo produz o efeito joule pois fica submetido a uma resistncia eltrica (inerente ao cabo) e produz um campo magntico ao redor do cabo, agindo tambm como um indutor. Dessa forma um resistor e um indutor so colocados em srie no modelo de linha transmisso. Os cabos so mantidos suspensos atravs de torres e ligados por isolantes para impedir a passagem de corrente para a terra. Apesar disso, ainda ocorre fugas de correntes normais inerentes transmisso. Por isso colocado no modelo da linha de transmisso uma condutncia em paralelo. A linha est a uma determinada altura do solo, a linha eletriza o solo por induo, produzindo os mesmos efeitos que surge entre as placas de um capacitor, interferindo no transporte de energia. Esse fenmeno insere no modelo de linha de transmisso um capacitor em derivao.

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Figura 3.4 Modelo eltrico de uma linha de transmisso.

R: resistncia em srie L : Indutncia em srie C : Capacitncia shunt (Condutor/terra) G : Condutncia (Fugas de correntes normais inerentes transmisso)

3.3.3 TRANSPOSIO DOS CONDUTORES

A indutncia resultante em um condutor definida em funo da sua indutncia prpria e das indutncias mutuas que ocorrem entre os condutores que esto ao seu

redor. Quando os condutores so iguais, que o caso nas linhas de transmisso, o fator que definir a indutncia de cada condutor o espaamento entre eles. Existem dois tipos de espaamentos encontrados no sistema eltrico:

Espaamento simtrico: cada condutor tem a mesma indutncia (EQUILTERO)

Espaamento assimtrico: cada condutor tem indutncia diferente (circuito desequilibrado)

Figura 3.5 Espaamento simtrico dos condutores.

Figura 3.6 Espaamento assimtrico dos condutores.

No caso assimtrico, em que as indutncias so diferentes por condutor, provocado desequilbrios entre as fases, acarretando problemas para o sistema eltrico. Restaura-se o equilbrio eltrico entre as fases (indutncia mdia igual em cada condutor), trocando, em intervalos regulares, a posio relativa entre os condutores, de modo que cada condutor ocupe a posio do outro por uma mesma distncia.

Figura 3.7 Transposio dos condutores.

3.4.4 NMERO DE CONDUTORES POR FASE

A utilizao de 2, 3 ou 4 condutores por fase reduz o efeito corona e a reatncia indutiva por fase. Geralmente utiliza-se 4 condutores por fase para transmisso em tenses iguais ou superiores a 500 kV.

Figura 3.8 Nmero de condutores por fase. 3.4.5 TIPOS DE TORRES

As torres so compostas de uma estrutura de ferro com suporte para ligao de cadeias de isolantes. Em cada torre pode ser ligado um ou dois conjuntos de fases e cabos pra-raios. A sua funo manter os cabos suspensos a uma altura adequada para permitir passagem sob ela sem riscos a vida humana e evitar curtos entre fase/terra. Ela tambm promove espaamento seguro entre as fases. Abaixo so mostradas alguns tipos de torres e seu respectivo uso.

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Figura 3.9 Torres para linhas de 440 kV.

Figura 3.10 Torres para linhas de 8 kV, 138 kV e 440 kV.

Figura 3.1 Torres para linhas de 230 kV, 345 kV e 440 kV.

4.1 INTRODUO

Neste captulo sero mostrados os aspectos construtivos e tcnicos de uma subestao de energia eltrica.

4.2 SUBESTAES DE ENERGIA

As subestaes de energia eltrica constituem-se em um conjunto de condutores, aparelhos e equipamentos destinados a

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modificar as caractersticas de tenso e corrente, permitindo a sua transmisso ou distribuio a diversos pontos de consumo em nveis adequados de utilizao. Dependendo das condies tcnicas e econmicas, as subestaes podem apresentar diversas caractersticas especficas, tais como potncia instalada, funo no sistema e configurao construtiva adotada para receber os equipamentos. Quanto configurao construtiva tm-se subestaes convencionais (ao tempo), areas (acopladas em postes) ou abrigadas. A SE pode ter as seguintes funes: transformao (eleva ou abaixa o nvel de tenso), inverso (transforma c.c. em c.a.), retificao (transforma c.a. em c.c.) e interligao entre sistemas eltricos diferentes (gerao ou estrutura areo/subterrnea).

4.2.1 SE ELEVADORA

As subestaes instaladas prximas s usinas geradoras elevam o nvel de tenso, visando transmisso de energia eltrica de modo econmico e eficiente atravs de linhas de transmisso at outras subestaes. Geralmente o nvel de tenso gerado at 20 kV e transformado pela SE para 230 kV ou 500 kV.

4.2.2 SE ABAIXADORA

Essas SEs so instaladas prximas dos centros de cargas e tem como objetivo baixar o nvel de tenso para ser usado pelo consumidor. Os nveis de tenso de sada dessas SEs so os seguintes:

Subtransmisso: 138 kV e 69 kV; Distribuio em alta tenso: 34.5 kV e 13.8 kV;

Distribuio em baixa tenso: 110 V e 220 V.

4.2.3 SE INVERSORA

As subestaes inversoras transformam tenses c.c. em c.a. usando pontes inversoras. Geralmente interligam sistemas com transmisso em c.c. com sistemas com transmisso em c.a.

4.2.4 SE RETIFICADORA

As subestaes retificadoras transformam tenses c.a. em c.c. usando pontes retificadoras. Geralmente interligam sistemas com transmisso em c.a. com sistemas com transmisso em c.c.

4.2.5 SE DE INTERLIGAO

Interligam sistemas de transmisso de diferentes geraes ou conectam linhas areas a linhas subterrneas, especialmente em reas urbanas, onde restries de espao inviabilizam o estabelecimento de linhas convencionais. Tambm podem redirecionar a energia para outras linhas e subestaes quando necessrio.

Essas subestaes podem estar suspensas em postes ou em plataforma entre dois postes. So SEs utilizadas na distribuio de energia para consumidores residenciais e pequenos comrcios, tendo como tenso primria 13,8 kV e potencias at 300 kVA. Em redes urbanas so utilizados transformadores trifsicos e em redes rurais podem-se encontrar transformadores monofsicos. Na entrada do transformador se tem pra-raios de linha para proteger contra sobretenses e chaves fusveis para proteger contra curtos circuitos.

Figura 4.1 Subestao area.

4.2.7 SE ABRIAGADAS

Subestao cujos equipamentos so instalados inteiramente abrigados das intempries, situados em edificaes de alvenaria ou concreto armado utilizando materiais no inflamveis. Ela se localiza dentro da propriedade particular do consumidor. O nvel de tenso para esse tipo de SE a partir de 13.8 kV. As seguintes consideraes devem ser levadas em conta na construo de uma SE abrigada:

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a) A rea ocupada pela subestao no deve ser inundvel e deve conter dreno para escoamento de gua e leo nos casos exigveis; b) Se a atividade da Unidade Consumidora for caracterizada por grande fluxo de pessoas, tais como lojas, cinemas, bancos, restaurantes, estdios, clubes, supermercados e outros, a subestao dever ser construda observando-se os aspectos de segurana contra incndio e exploso;

c) As subestaes devero possuir abertura de ventilao conforme indicado nos desenhos construtivos. O compartimento de cada transformador dever possuir janelas para ventilao com caractersticas conforme Figura 4.2.

d) As subestaes devero possuir sistemas de iluminao natural e artificial. As janelas e vidraas utilizadas para esta finalidade devero ser fixas e protegidas por telas metlicas; e) Sugere-se a instalao de iluminao de emergncia no caso de falta de energia; f) As portas das subestaes devero ser metlicas ou inteiramente revestida de chapa metlica; g) As subestaes devero ser providas com bacia de conteno de leo. Podero ser construdas caixas de captao de leo individuais para cada transformador e/ou gerador existente na instalao, com capacidade mnima igual ao volume de leo do transformador a que se destina, ou ainda, uma nica caixa para todos os transformadores. Neste caso, a capacidade da caixa de captao de leo, dever ser compatvel com o volume de leo do maior dos transformadores; h) Ser obrigatria a instalao de proteo contra incndio, constante de extintor de incndio, instalado do lado de fora da subestao, junto porta e com proteo contra intempries, e ser adequado para uso em eletricidade (CO2 ou p qumico); i) As subestaes abrigadas devem ter rea livre interna mnima de 3,50 x 3,0 metros e p direito mnimo de 3,0 metros quando a entrada for subterrnea. Quando a entrada for area, a altura do encabeamento deve ser tal que permita uma distncia mnima de 6,0 metros entre os condutores no seu ponto de flecha mxima e o solo. A altura do p direito mnima e o projetista deve verificar a facilidade para a operao da chave a ser instalada; j) As paredes, o teto e o piso das subestaes devero ser construdos com materiais incombustveis; l) Dever existir impermeabilidade total contra infiltrao de gua no prdio da subestao;

A proteo nessas subestaes feita com chaves fusveis, rels, disjuntores e pra raios.

4.2.7.1 SE Abrigada Convencional

Na SE abrigada convencional algumas partes energizadas esto expostas ao contato direto (Figura 4.2). Essa subestao geralmente se localiza junto ao alinhamento da propriedade particular com a via pblica. Ela dever possuir cadeado ou fechadura, dotada de chave mestra, e ter afixadas placas com a indicao : PERIGO DE MORTE ALTA TENSO , bem como nas grades de proteo do interior da subestao. A SE abrigada convencional dividida nas seguintes partes:

a) Cabine de medio

o local reservado instalao dos equipamentos e acessrios utilizados na medio de um determinado consumidor. composto de Tp e Tc e o medidor de energia b) Cabine de transformao

o local destinado instalao dos equipamentos e acessrios destinados a transformar tenso, corrente ou freqncia.

Figura 4.2 Subestao abrigada.

Na SE abrigada em cubculos os equipamentos de manobra e proteo so instalados dentro de cubculos pr-fabricados. Os cubculos pr-fabricados so caixas metlicas aterradas podendo ter vrios compartimentos (Figura 4.3). Os materiais de blindagens, estruturas e bases, so tratados contra corroso. As vantagens dessa SE em comparao com a convencional so:

Maior segurana de operao devido proteo contra manobras indevidas;

Pouco espao ocupado;

Reduo do tempo de montagem;

Proteo contra contatos acidentais;

Construo protegida contra poeira e entrada de animais;

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Os equipamentos utilizados dentro dos cubculos so os disjuntores, geralmente de gaveta extravel ou com carrinho para ser possvel a extrao do disjuntor para manuteno, transformadores de corrente (TC), transformadores de potencial (TP) e rels de proteo. Na instalao da dos cubculos os seguintes cuidados devem ser tomados:

Ao redor dos cubculos blindados, deve ser mantido espao livre suficiente para facilitar a operao, manuteno e remoo dos equipamentos;

O local onde tiver instalado o conjunto blindado deve ter aberturas com dimenses suficientes para iluminao e ventilao natural adequada;

Quando forem utilizados equipamentos com lquidos isolantes inflamveis, em cubculos blindados, estes devem ser instalados em recinto isolado por paredes de alvenaria (norma CEMAR);

O cubculo blindado deve ser sempre instalado sobre base de concreto;

Todas as partes metlicas do cubculo blindado, bem como suportes e carcaas dos equipamentos, devem ser interligados e devidamente aterrados;

A porta de acesso ao compartimento dos equipamentos, deve possuir cadeado ou fechadura tipo mestra e dispositivo tipo lacre para os TCs e TPs de medio.

Os cubculos possuem as seguintes propriedades para proteger o equipamento e o operador:

Contra a entrada de objeto estranho: no mnimo proteo IP 3X (Anexo) que seria contra objetos slidos de 2,5 m de dimetro;

Contra gotas de gua como condensao no teto.

Proteo que Impea a entrada de animais dentro do cubculo.

Abertura das portas ou tampas com ferramentas apropriadas.

Intertravamento que impea a abertura das portas com o circuito energizado.

Os cubculos tambm podero ter telecomandos inclusive com a insero e retirada da gaveta.

Figura 4.3 Vista frontal de um cubculo.

As SEs blindadas so isoladas do ambiente exterior por uma carcaa completamente vedada. O ambiente interno artificial e preenchido com o gs SF6. As principais vantagens da utilizao desse gs so as seguintes:

Dieltrico de capacidade resistiva muito alta; Extingue efetivamente arcos eltricos em circuito de alta tenso;

Equipamentos compactos pois a utilizao desse gs permite que a distancia entre as partes vivas e entre as partes vivas e no vivas seja

relativamente menor ocupando cerca de 10% do espao fsico das subestaes convencionais equivalentes.

Equipamentos quase livres de manuteno, pois os arcos so rapidamente eliminados, alm dos mesmos no estarem sujeitos a poluio, poeira, oxidao, etc.;

Reduz o efeito do campo magntico e removem completamente o campo eltrico nas imediaes da SE.

A principal desvantagem da utilizao de SEs blindadas o custo que em torno de 20 vezes maior do que a SE convencional.

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Figura 4.4 SE a SF6 de 138 kV, Duque de Caxias -Rj. 4.2.8 SE AO TEMPO

Subestao cujos equipamentos so instalados ao ar livre e esto diretamente sujeitas as intempries do clima. Esse tipo de SE a que exige maior rea construda para conter os equipamentos bem como para delimitar a rea de segurana (atravs de cercas) para proteo da comunidade que vive ao redor da construo. Ela se localiza dentro da propriedade particular do consumidor. O nvel de tenso para esse tipo de SE

a partir de 13.8 kV. As seguintes consideraes devem ser levadas em conta na construo de uma SE ao tempo:

Os portes de acesso das subestaes devero ser metlicos, com dobradias e abrir para dentro;

Nos portes de acesso e nas cercas de proteo, devero ser afixadas placas com a indicao: PERIGO DE MORTE ALTA TENSO.

As subestaes devero possuir sistema de drenagem adequado a fim de evitar o acmulo de guas pluviais;

As instalaes que contenham 100 L ou mais de lquido isolante devem ser providas de tanque de conteno de leo.

Podero ser construdas caixas de captao de leo individuais para cada transformador existente na instalao, com capacidade mnima igual ao volume de leo do transformador a que se destina, ou ainda, uma nica caixa para todos os transformadores. Neste caso, a capacidade da caixa de captao de leo, dever ser compatvel com o volume de leo do maior dos transformadores;

Colocar uma camada mnima de 0,10 metros de pedra britada n. 2, dentro da rea demarcada pela cerca, caso o piso no seja inteiramente concretado;

Figura 4.5 SE ao tempo.

4.3 PARTES DA SE

A subestao um ponto do sistema de potncia, concentrada em um dado local compreendendo primordialmente as extremidades de linhas de transmisso e/ou distribuio. Ela composta de transformador de potncia, seu principal equipamento, de dispositivos de manobra, controle e proteo, incluindo as obras civis e estruturas de montagem, podendo incluir tambm equipamentos conversores e outros equipamentos.

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Figura 4.6 Equipamentos de uma SE: (a) diagrama unifilar, (b) vista superior.

Os equipamentos bsicos principais de uma subestao esto relacionados funo da subestao no sistema de potncia e podem sofrer variaes de modelo, tipo, acionamento, etc., dependendo do seu nvel de tenso e fabricante. As principais partes so detalhadas a seguir.

4.3.1 TRANSFORMADOR DE POTENCIA

O transformador transfere energia eltrica de um sistema em corrente alternada, a uma determinada tenso e determinada corrente para um outro sistema, em uma outra tenso e outra corrente, sem alterar a freqncia da onda fundamental. Os transformadores de potncia mais utilizados podem ser trifsicos (as trs fases numa carcaa nica) ou monofsicos (banco de transformadores), dependendo do seu porte

(potncia transformada).

So equipamentos utilizados para elevao ou reduo da tenso de transmisso, distribuio e consumo em redes de energia eltrica. Os seus parmetros principais so:

Potncia aparente nominal: Define o valor nominal da potncia em kVA que o transformador pode fornecer carga;

Rendimento: a razo em percentual da potncia de sada pela potncia de entrada;

Tenso e correntes nominais nos enrolamentos.

4.3.1.1 Partes Construtivas

As principais partes do transformador so descritas a seguir (ver Figura 4.8). 4.3.1.1.1 Material Ferromagntico (Ncleo)

Alguns tipos de materiais, como por exemplo, o ferro, o nquel e o cobalto, apresentam a propriedade de que seus momentos magnticos se alinham fortemente na direo de um campo magntico externo, oferecendo assim um caminho preferencial para as linhas de fluxo. Esse tipo de material utilizado no transformador para concentrar as linhas de fluxo produzidas no enrolamento primrio e conduzi-las at o enrolamento secundrio com a menor perda possvel.

Figura 4.8 Desenho esquemtico de um transformador.

4.3.1.1.2 Enrolamento Primrio e Secundrio

Conjunto de condutores enrolados em torno do ncleo do transformador. Os terminais do enrolamento primrio so representados pela letra H e do enrolamento

secundrio pela letra X. A relao de transformao depende do nmero de espiras de cada enrolamento e o seu valor para um transformador ideal dado por

211221 NNiiv vn===. Quando o nmero de espiras do secundrio maio que do primrio se tem um transformador elevador, caso contrrio se tem um transformador abaixador. 4.3.1.1.3 Carcaa

a parte externa do transformador e geralmente feito de ao. Dentro dela se coloca o ncleo, os enrolamentos e os

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materiais isolantes.

So canaletas que ficam na carcaa que tem como objetivo transferir o calor interno ao transformador para o ambiente. Essa transferncia pode ocorrer atravs de ventilao natural (vento) ou ventilao forada (atravs de ventiladores).

Materiais que isolam as partes vivas entre si e as partes desenergizadas. O papel isolante utilizado para isolar os enrolamentos do ncleo. Os condutores das bobinas so banhados em verniz isolante. Geralmente o tanque do transformador preenchido com leo isolante e as buchas de entrada e de sada so isoladas da carcaa por material cermico.

4.3.1.2 Formas de Ligao

No transformador trifsico as ligaes entre as fases so internas, no podendo ser modificadas. No banco trifsico as ligaes entre as fases so externas, podendo assim ser modificadas. No banco trifsico pode-se fazer manuteno em uma unidade, mantendo as outras em funcionamento.

Esse tipo de ligao utilizado em transformadores elevadores de tenso. Se considerarmos: a=N1/N2 temos que sua relao de transformao a/3 e uma defasagem de 30 entre as tenses de linha do primrio e secundrio. 4.3.1.2.2 Ligao -Y Esse tipo de ligao utilizado em transformadores abaixadores de tenso. A

relao de transformao e a defasagem semelhante ligao Y - .

4.3.2 TRANSFORMADOR PARA INSTRUMENTO (Tp e TC)

Os rels e medidores de grandezas eltricas, geralmente so conectados ao sistema de potncia atravs de transformadores de corrente (TCs) e/ou potencial (TPs). Dispositivos de acoplamento capacitivo, atuando como divisores de tenso (divisores capacitivos ou TPCs), e acopladores lineares, so tambm usados (TCs ticos).

Embora todos os TCs tenham o mesmo princpio de funcionamento, h de se considerar as caractersticas de projeto que diferenciam os TCs de proteo dos de medio. As diferenas bsicas, so:

Nos TPs no h distino entre medio e proteo visto que quando ocorre sobretenses no primrio a corrente tende a afundar, no trazendo problemas quanto saturao que ocorre para valores de corrente elevados. Os TPs tm classe de exatido 0,3 , 0,6 e 1,2 % , determinadas de acordo com os paralelogramos de exatido, onde so levados em conta os erros de relao e fase;

TCs de medio tm classe de exatido 0,3 , 0,6 e 1,2 % , determinadas de acordo com os paralelogramos de exatido, onde so levados em conta os erros de relao e fase;

TCs de proteo tm classe de exatido 10% , onde levado em considerao somente o erro de relao. De acordo com a ABNT, considera-se que um TC de proteo est dentro de sua classe de exatido, em condies especificadas, quando o seu erro se mantm dentro dos 10%, para valores de corrente ou tenso at 20 vezes a corrente ou tenso nominal do mesmo;

Os ncleos dos TCs de medio so feitos de materiais de alta permeabilidade magntica (pequena corrente de magnetizao, consequentemente pequenas perdas e pequenos erros), entretanto entram em saturao rapidamente quando uma corrente no enrolamento primrio atinge um valor prximo de 4 vezes corrente nominal primria;

Os ncleos dos TCs de proteo so feitos de materiais que no tm a

mesma permeabilidade magntica dos TCs de medio, no entanto s iro saturar para correntes primrias muito superiores ao seu valor nominal ( da ordem de 20 vezes), refletindo consequentemente em seu secundrio uma corrente cerca de 20 vezes o valor nominal desta (Fig. 4.9).

Figura 4.9 Curvas de saturao de TCs de proteo e medio

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4.3.2.1 Transformadores de Corrente (TCs)

Os enrolamentos primrios tm geralmente poucas espiras, s vezes, uma nica (sendo o prpio alimentador). Os enrolamentos secundrios, ao contrrio, tm muitas espiras. A eles so ligados os circuitos de corrente de medidores e/ou rels. Segundo a ABNT, os valores nominais que caracterizam os TCs, so:

a) Corrente nominal e relao nominal;

As relaes nominais so indicadas da seguinte forma (exemplo): 120:1 , se o TC 600-5 A. Se h vrios enrolamentos primrios (srie, srie-paralelo e paralelo), indica-

b) Classe de tenso de isolamento;

definida pela tenso do circuito ao qual o TC vai ser ligado (tenso mxima de servio). Os TCs usados em circuitos de 13,8kV , por exemplo, tm classe 15 kV.

c) Freqncia nominal: 50 e/ou 60 Hz.; d) Carga nominal;

De acordo com a ABNT, as cargas padronizadas ensaio de classe de exatido de

TCs , so: C2,5 ; C5,0 ; C7,5 ; C12,5 ; C25 ; C50 ; C75 ; C100 e C200 . A letra C se refere a TC e o valor aps, corresponde a potncia aparente (VA) da carga do TC. Por exemplo, 5VA, 7,5VA, 12,5VA, etc. Todas as consideraes sobre exatido de TC est condicionada ao conhecimento da carga secundria do mesmo. Os catlogos dos fabricantes de rels e medidores fornecem as cargas que os mesmos solicitam aos TCs .

e) Fator de sobrecorrente (FS);

Expressa a relao entre a mxima corrente com a qual o TC mantm a sua classe de exatido e a corrente nominal. Segundo a ABNT e normas internacionais, o valor mximo desse fator igual a 20 vezes a corrente primria nominal. O FS muito importante para dimensionar os TCs de proteo, tendo em vista que os mesmos devem responder, de acordo com sua classe de exatido (10%), a valores de corrente bastante severos nos seus primrios (correntes de curtos-circuitos).

f) Classe de exatido;

A classe de exatido empregada depende da aplicao (medio, controle e proteo):

1) TCs de medio Por norma (ABNT), tm as seguintes classes de exatido: 0,3, 0,6 e 1,2% . A classe 0,3% obrigatria em medio de energia para faturamento. As outras, so usadas nas medies de corrente, potncia, ngulo, etc..

Em geral, a indicao da classe de exatido precede o valor correspondente carga nominal padronizada, por exemplo: 0,6-C2,5. Isto , ndice de classe = 0,6% ,

para uma carga padronizada de 2,5 VA.

2) TCs de proteo - importante que os TCs retratem com fidelidade as correntes de defeito, sofrendo, o mnimo possvel, os efeitos da saturao. Neste caso a caracterstica mais importante que a saturao do seu ncleo s ocorra para valores em torno de 20 vezes o valor da corrente nominal. A classe de exatido para TCs de proteo de 10%.

g) Fator trmico nominal (FT);

o valor numrico que se deve multiplicar a corrente primria nominal de um

TC, para se obter a corrente primria mxima, que poder suportar, em regime permanente, operando em condies normais, sem exceder os limites de temperatura especificados para a sua classe de isolamento. Segundo a ABNT, esses fatores so: 1,0, 1,3, 1,5 ou 2,0.

h) Limites de corrente de curta-durao para efeitos trmico e dinmico.

o valor eficaz da corrente primria simtrica que o TC pode suportar por um tempo determinado (normalmente 1 s), com o enrolamento secundrio curto-circuitado, sem exceder os limites de temperatura especificados para sua classe de isolamento. Em geral, maior ou igual corrente de interrupo mxima do disjuntor associado.

i) Limite de corrente de curta-durao para efeito dinmico

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o maior valor eficaz de corrente primria assimtrica que o TC deve suportar durante determinado tempo (normalmente 0,1 s), com o enrolamento secundrio curtocircuitado, sem se danificar mecanicamente, devido s foras eletromagnticas resultantes. Segundo a norma VDE, vale 2,5 vezes o limite para efeito trmico, nas classes entre 10kV e 30 kV ; e 3 vezes, nas classes entre 60kV e 220 kV.

So classificados de acordo com o modelo do enrolamento primrio, j que o enrolamento secundrio constitudo por uma bobina com derivaes (taps) ou mltiplas bobinas ligadas em srie e/ou paralelo, para se obter diferentes relaes de

transformao.

Quanto aos tipos construtivos, os TCs mais comuns, so:

Tipo primrio enrolado: Este tipo usado quando so requeridas relaes de transformaes inferiores a 200/5. Possui isolao limitada e portanto, se aplica em circuitos at 15kV.

Tipo bucha: Consiste de um ncleo em forma de anel (ncleo toroidal), com enrolamentos secundrios. O ncleo fica situado ao redor de uma bucha de isolamento, atravs da qual passa um condutor, que substituir o enrolamento primrio. Este tipo de TC, comumente encontrado no interior das buchas de disjuntores, transformadores, religadores, etc..

Tipo janela: Tem construo similar ao tipo bucha, sendo que o meio isolante entre o primrio e o secundrio o ar. O enrolamento primrio o prprio condutor do circuito, que passa por dentro da janela.

4.3.2.1.2 Ligaes Delta e Estrela

Os TCs so monofsicos e suas conexes mais usuais so em estrela (Figura 4.10) ou delta (Figura 4.1). Para a adequada conexo de TCs , indispensvel a identificao correta das polaridades dos mesmos.

Figura 4.10 Conexo em estrela aterrada

Na ligao estrela, quando em condies normais de cargas balanceadas, apenas devero existir correntes de fase, porm na presena de desbalanos, a corrente residual

(Ires = IA + IB + IC), existir e corresponder a 3I0 (Figura 4.10 ), desde que haja caminho para ela circular no sistema primrio.

Fig. 4.1 Conexo em delta

A ligao delta utilizada, quando se requer correntes compostas ou a eliminao da corrente de seqncia zero (I0). Quando adicionalmente for necessrio a deteco de

I0 , utiliza-se um TC tipo janela, que alimentar unicamente o circuito de neutro (Figura 4.1).

4.3.2.2 Transformadores de Potencial (TPs)

O TP tem como principal funo isolar os equipamentos ligados ao secundrio de altas tenses, fornecendo no secundrio uma tenso proporcional tenso primria, com certo grau de preciso, dentro de uma faixa especificada para a tenso primria. A sua construo similar aos transformadores de potncia e sua tenso nominal Vpn 138 kV, sendo que os

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mais comuns tm Vpn 15 kV. Podem ser divididos em:

TPI : Transformador de potencial indutivo usado at tenses de 138 kV; TPC: Transformador de potencial capacitivo usado para tenses de 138 kV.

Esses transformadores tm os enrolamentos primrios com mais espiras que o secundrio, mas so construdos com condutores mais finos. Do ponto de vista construtivo isto significa maiores custos pela dificuldade de execuo da tarefa (a chance de romper o fio fica muito grande), sem esquecer a natural necessidade de maiores quantidades de isolamentos, para tenses maiores. Desta forma praticamente impossvel bons projetos de TPs com tenso primria nominais acima de 138 kV. Desta forma, usual construir-se TPs indutivos at a classe de tenso de 138 kV e para aplicaes em sistemas com tenses superiores a 138 kV utilizam-se TPs de 13,8 kV acoplados a um divisor de potencial capacitivo, denominados TPCs (transformadores de potencial capacitivos).

Nos enrolamentos secundrios so ligados em paralelo os circuitos de tenso de medidores e/ou rels. Segundo a ABNT, os valores nominais que caracterizam os TPs, so:

a) Tenso nominal e relao nominal;

A tenso nominal secundria normalizada em 115 V (F-F) ou 115/3 (F-N), as tenses nominais primrias mais comuns so 13.8 kV, 34.5 kV, 69 kV e 138 kV.

Como os TPs so empregados para alimentar instrumentos de alta impedncia (voltmetro, wattmetro, medidores de energia, rels de tenso, etc.) a corrente secundria muito pequena e por isto se diz que so transformadores de potncia que funcionam quase em vazio.

So definidas trs relaes para o TP

Relao de Transformao Nominal : sn pn n V

V k=

Relao de Transformao Real : s p r V

V k=

relao exata entre uma tenso qualquer aplicada ao primrio do TP e o correspondente valor exato verificado no secundrio. Essa relao depende da curva de histerese (proporcional na parte linear) e da carga do secundrio.

Fator de Correo de Relao: nrk kFCR=

o fator pela qual deve ser multiplicada a relao nominal para se obter a relao real. Como kr varia o valor de FCR tambm varia, por isso determina-se o valor inferior e superior de FCR para cada TP, sob condies especficas, partindo-se da o estabelecimento da sua classe de exatido. Na prtica mede-se o valor da tenso no secundrio e multiplica por kn obtendo-se o valor ideal (transformador sem perdas) que ser diferente do valor exato. Para se achar o valor exato necessrio construir o diagrama fasorial do TP. As relaes nominais so indicadas da seguinte forma (exemplo): 120:1 , se o TP 13.8 kV-115 V. Se h vrios enrolamentos primrios, indica-se assim: 34.5 kV x 13.8 kV /115 V.

b) Classe de tenso de isolamento;

definida pela tenso mxima de operao em qu e o TP pode ser submetido. Em circuitos de 13,8kV , por exemplo, tm classe 15 kV.

c) Freqncia nominal: 50 e/ou 60 Hz.; d) Carga nominal;

De acordo com a ABNT, as cargas padronizadas ensaio de classe de exatido de

TPs , so: P12,5 ; P25, P75 ; P200 e P400 . A letra P se refere a TP e o valor aps, corresponde a potncia aparente (VA) da carga do TP. Todas as consideraes sobre exatido de TP esto condicionadas ao conhecimento da carga secundria do mesmo. Os catlogos dos fabricantes de rels e medidores fornecem as cargas que os mesmos solicitam aos TPs .

e) Fator de sobrecorrente (FS);

Expressa a relao entre a mxima corrente com a qual o TC mantm a sua classe de exatido e a corrente nominal. Segundo a ABNT e normas internacionais, o valor mximo desse fator igual a 20 vezes a corrente primria nominal. O FS muito importante para dimensionar os TCs de proteo, tendo em vista que os mesmos devem responder, de acordo com sua classe de exatido (10%), a valores de corrente bastante

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severos nos seus primrios (correntes de curtos-circuitos).

f) Classe de exatido;

A classe de exatido empregada dada por norma (ABNT) que so 0,3, 0,6 e 1,2% . A classe 0,3% obrigatria em medio de energia para faturamento. As outras, so usadas nas medies de tenso, potncia, ngulo, etc. No se tem TPs para proteo visto que na sobre tenso as correntes no so elevadas no entrando em saturao, visto que a saturao influenciada pelas altas correntes.

g) Fator trmico nominal (FT);

Os TPs so projetados para suportarem uma sobre-tenso de at 10% em regime permanente, sem que nenhum dano lhes seja causado.

4.3.2.2.1 Ligaes dos TPs A ligao usual em TPs a ligao estrela aterrada-estrela aterrada.

Fig. 4.12 Conexo em estrela aterrada

4.3.2.3 Erros dos TPs e TCs

Como qualquer outro equipamento, os transformadores para instrumento (TI) TPs e TCs tambm no so perfeitos e apresentam erros. Estes erros ocorrem devido aos

fluxos de disperso e perdas no ncleo e cobre dos circuitos primrio e secundrio. As normas NBR 6855 e NBR 6856 classificam os TIs quanto exatido em trs categorias, chamadas de classe de exatido.

4.3.2.3.1 Transformador de Potencial

Os TPs utilizados com finalidade de medio so classificados em trs classes de exatido: 0,3 - 0,6 e 1,2. Considera-se que um TP est dentro da sua classe de exatido, quando nas condies especificadas, os pontos determinados pelos fatores de correo da relao (FCR) e pelos ngulos de fase () estiverem dentro do paralelogramo de exatido.

4.3.2.3.2 Transformador de Corrente

Os TCs utilizados com finalidade de medio so classificados em trs classes de exatido: 0,3 - 0,6 - 1,2. Considera-se que um TC est dentro da sua classe de exatido, quando nas condies especificadas, os pontos determinados pelos fatores de correo da relao (FCR) e pelos ngulos de fase () estiverem dentro do paralelogramo de exatido. Para a verificao de um TI de medio quanto sua exatido, devem se utilizar os paralelogramos de exatido apresentados nas Figuras 4.13 e 4.14.

Figura 4.13 Classe de exatido 0,3 e 0,6 de Tcs.

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Figura 4.14 Classe de exatido de Tcs e Tps de medio.

As coordenadas dos pontos a serem plotados nos paralelogramos so: eixo x =

Erro de Fase; eixo y = Erro de Relao ou Fator de Correo de Relao (FCR), cujos termos so definidos como: 4.3.2.3.2 Erro de Fase ( ou ) em Minuto

Devido aos fatores j citados, ocorre um defasamento entre a tenso/corrente do primrio para a tenso/corrente do secundrio, o qual chamado de erro de defasamento.

4.3.2.3.3 Erro de Relao e Fator de Correo de Relao

Alm do erro de fase, ocorre que a relao nominal de um TI (relao entre o valor nominal da grandeza primria e o valor nominal da grandeza secundria), no exatamente igual relao real. Esta diferena chamada de erro de relao. O erro de relao geralmente apresentado em % ou FCR, definido como o fator que multiplica a relao nominal (Kn), para se obter a relao real (Kr). A relao entre o erro de relao e o FCR dada por: Ep(%)=100-FCR(%). Nos paralelogramos de exatido apresentados, do lado direito so apresentados os erros e do lado esquerdo os correspondentes FCRs.

4.3.2.3.4 Fatores que Influenciam nos Erros dos TIs

Alm dos erros intrnsecos j mencionados, existem alguns fatores de ordem externa que so importantes considerar:

1) carga secundria (burden) dos TIs

Cada TI projetado e especificado para trabalhar com cargas secundrias padronizadas pela ABNT, que pode ser consultada nas normas NBR 6855 e NBR 6856. Cargas ligadas ao secundrio maiores que as nominais podem causar erros acima das classes de exatido especificadas, alm de influir na saturao dos ncleos.

2) Tenso/corrente primria

Os erros do TP ou TC dependem tambm dos valores aplicados no primrio. Os erros so, em geral, menores nos valores prximos aos nominais.

4.3.3 CHAVES SECCIONADORAS

As seccionadoras so equipamentos que seccionam um circuito e so chamadas de equipamentos de manobra passivos, pois no podem ser manobradas em carga. As seccionadoras podem ser classificadas conforme seu tipo construtivo (abertura horizontal e vertical) e conforme sua posio na subestao (pantogrficas, by-pass, chave de aterramento, etc.). As chaves seccionadoras tm as seguintes funes:

Isolar equipamentos ou linhas para a execuo de manuteno;

Manobrar circuitos (transferncia de circuitos entre os barramentos de uma subestao);

Bypassar equipamentos (p. ex. disjuntores ou capacitores srie) para execuo de manuteno ou por necessidade operativa;

Os seccionadores somente podem operar quando houver uma variao de tenso insignificante entre os seus terminais ou nos casos de interrupo ou restabelecimento de correntes insignificantes. Tambm so fabricadas chaves seccionadoras interruptoras (baixa tenso), do tipo manual ou automtico, que so capazes de desconectar um circuito operando a plena carga. As chaves seccionadoras podem ser construdas com um s plo (unipolares) ou com trs plos (tripolares). As primeiras so prprias para

utilizao em redes areas de distribuio; o segundo tipo, normalmente, utilizado em subestaes de energia. Sobre os dispositivos de seccionamento pode-se estabelecer:

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A posio dos contatos ou dos outros meios de seccionamento deve ser visvel do exterior ou indicada de forma clara e segura;

Os dispositivos de seccionamento devem ser projetados e/ou instalados de forma a impedir qualquer restabelecimento involuntrio. Esse restabelecimento poderia ser causado, por exemplo, por choque ou vibraes;

Devem ser tomadas medidas para impedir a abertura inadvertida ou desautorizada dos dispositivos de seccionamento, apropriados abertura sem carga.

necessrio que sejam definidos os seguintes elementos para se poder especificar uma chave seccionadora tripolar primria:

Corrente e tenso nominal; Tenso suportvel a seco e sob chuva;

Tenso suportvel de impulso (TSI);

Uso (interno ou externo);

Corrente de curta durao para efeito trmico, valor eficaz;

Corrente de curta durao para efeito dinmico, valor de pico;

Tipo de acionamento (manual, ou motorizada).

Figura. 4.15 Chave seccionadora tripolar de baixa tenso.

4.3.3.1 Chave Seccionadora Tripolar de Baixa Tenso

um equipamento capaz de permitir a abertura de todos os condutores no aterrados de um circuito, de tal modo que nenhum plo possa ser operado independentemente (Figura 4.15). Os seccionadoras podem ser classificados em dois tipos:

a) Seccionados com abertura sem carga

aquele que somente deve operar com o circuito desenergizado ou sob tenso. o caso das chaves seccionadoras com abertura sem carga.

b) Seccionados sob carga ou interruptor

aquele que capaz de operar com o circuito desde a condio de carga nula at a de carga plena. Os seccionadoras de atuao em carga so providos de cmaras de extino de arco e de um conjunto de molas capaz de imprimir uma velocidade de operao elevada.

4.3.3.2 Chave Seccionadora Tripolar de Alta Tenso

As partes principais de uma chave seccionada de alta tenso so mostradas na

Figura 4.16. Na Figura 4.17 esto apresentados os diversos tipos construtivos de seccionadores normalmente utilizados em subestaes de EAT/UAT. So muitos os fatores que influem na escolha do tipo de seccionador a ser utilizado: nvel de tenso e esquema de manobra da subestao, limitaes de rea ou de afastamentos eltricos, funo desempenhada, tipo padro j utilizado pela empresa, etc. Torna-se difcil, portanto, estabelecer critrios para a escolha do tipo de seccionador a ser usado em determinada situao. De qualquer forma, possvel fornecer determinadas caractersticas de alguns seccionadores que podem influenciar na escolha do tipo a ser utilizado:

a) Os seccionadores de abertura lateral e de abertura central (1 e 7 na figura 4.17) acarretam espaamentos entre eixos de fases maiores que os demais, para manter o espaamento fase-fase especificado. Este fato torna-se mais crtico quanto maior for a tenso da subestao;

b) O seccionador de dupla abertura (4 da figura 4.17) crtico para tenses maiores que 345kV. As lminas tornam-se muito longas e tendem a sofrer deformaes principalmente nos esquemas de manobra em que determinados seccionadores

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operam normalmente abertos; c) Os seccionadores pantogrficos, semi-pantogrficos e verticais reversos (9, 6, 8 e 3) apresentam a vantagem de economia de rea, os trs plos no precisam necessariamente estar alinhados como nos tipos de seccionadores com acionamento conjunto dos plos e as fundaes so menores. Eventualmente os seccionadores pantogrficos podem apresentar maior freqncia de manuteno para o ajuste das articulaes. Estes tipos de seccionadores apresentam maior utilizao como seccionadores de by-pass e como seccionadores seletores de barras.

1. Base ou estrutura 9Terminal da articulao 2. Mecanismo de operao 10. Terminal de espera 3. Coluna de porcelana 1. Mecanismo de comando manual da lmina principal 4. Coluna de porcelana rotativa 12. Mecanismo de comando manual das lminas de terra 5. Terminal de conexo 13. Haste de acionamento conjunto das lminas principais 6. Articulao de comando 14. Haste de acionamento conjunto das lminas de terra 7. Haste inferior da articulao principal 15. Lmina principal 8. Haste superior da articulao principal 16. Lmina de terra

Figura. 4.16 - Componentes principais das chaves seccionadoras.

Figura. 4.17 Tipos construtivos de chaves seccionadoras.

Seccionadores de EAT (242 a 550kV) e de UAT ( maior ou igual a 800kV), se tiverem lminas de terra, estas devem ficar localizadas no terminal da articulao a fim de se evitar formao de efeito Corona nos contatos das lminas principais quando o seccionador est aberto com um terminal energizado e o outro aterrado. Da mesma forma, os seccionadores isoladores dos disjuntores devem ter o terminal da articulao localizado do lado do disjuntor (Figura 4.18a) Observar que no caso da figura 4.18b, onde o aterramento da linha feito por um dos seccionadores adjacentes ao disjuntor, a lmina de terra est localizada do lado do terminal de espera destes seccionadores.

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Figura 4.18 Posicionamento dos seccionadores de abertura vertical e localizao das lminas de terra

Os acessrios normalmente solicitados em especificaes de seccionadores e chaves de terra so os seguintes:

Conectores para fixao de tubos ou cabos aos terminais dos seccionadores;

Conectores de aterramento para fixao dos cabos de aterramento base dos seccionadores;

Indicador de posio das lminas (aberta ou fechada);

Dispositivos de intertravamento entre os mecanismos da comando manual e motorizados das lminas dos seccionadores;

Dispositivos de intertravamento entre as lminas principais e as de terra.,

Botoeiras, termostatos, lmpadas indicadoras, contadores de operao, etc. para os mecanismos de operao motorizados.

O mecanismo de operao dos seccionadores pode ser manual ou motorizado. A operao manual dos seccionadores pode ser feita por uma simples vara isolante (p. ex. chaves-fusvel em redes de distribuio) ou por uma manivela (ou volante) localizada na base do seccionador. A operao motorizada pode ser feita por um nico mecanismo que, atravs de hastes, comanda a operao conjunta de dos trs plos ou por mecanismos independentes para cada plo do seccionador (pantogrficos e semipantogrficos). Os seccionadores motorizados, geralmente, tambm tm mecanismos de operao manual usados em caso de defeito do mecanismo motorizado ou no caso de ajuste das lminas durante os servios de manuteno.

Figura 4.19 Corte transversal de um disjuntor a vcuo

4.3.3 DISJUNTORES

Os disjuntores so equipamentos de manobra ativos, pois podem desligar um circuito com a presena de corrente eltrica. Esta manobra pode ocorrer em carga

normal (quando o disjuntor comandado pelo operador, a partir de uma chave de comando ou telecomando) ou em defeitos (atravs de rels de proteo). O disjuntor possui dois contatos, um fixo e outro mvel, que so colocados em um meio que elimina o arco voltaico que tende a surgir quando o disjuntor acionado. Este meio pode ser vcuo (Figura 4.19), leo, SF6 ou ar comprimido. Quanto ao acionamento os disjuntores podem ser: hidrulicos, mecnicos ou pneumticos.

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Os arcos eltricos foram observados pela primeira vez em condies controladas por Sir Humphrey Davy no incio do sculo XIX, o princpio de formao dos mesmos d-se em meios gasosos devido uma prvia ionizao do gs (ou vapor) e subseqente descarga eltrica, tal ionizao deve-se a um forte campo incidente na direo axial de conduo da corrente, corrente esta que pode levar o canal do arco a temperaturas superiores a 20000 K. Existem muitos modelos para a representao do arco eltrico, no entanto no existe nenhum modelo que possa ser adotado como universal, ou seja, aplicvel em qualquer situao, os que existem so modelos especficos para situaes peculiares e condies conhecidas. Desta forma o projeto de equipamentos que trabalham com arco eltrico ou que necessitem de meios eficientes para extingui-los deve desenvolver-se mediante a ensaios de potncias em circuitos adequados e coleta direta dos dados desejados.

A extino do arco se faz por meio da desionizao do gs condutor por onde a corrente atravessa. O gs desionizado isolante e o arco extinto na passagem da corrente pelo zero, no caso de corrente alternada. A forma mais eficaz de desionizar a zona do arco injetando, atravs de um sopro, quantidades de gs desionizado. Alm de o gs ter caractersticas isolantes, o sopro reduz a temperatura do gs ionizado, contribuindo para a desionizao do mesmo.

Outras caractersticas do disjuntor que podem contribuir para a extino do arco so:

Sua capacidade de transferir o calor do arco para zonas externas, diminuindo a temperatura da zona do arco.

A presso do local onde ocorre o arco, pois quanto maior a presso, maior a rigidez dieltrica do gs, ou seja, mais difcil torna-se sua ionizao.

4.3.3.1 Principais Tipos de Disjuntores a) Disjuntor a sopro magntico

Neste tipo o contato se abre pelo ar e o arco extinto numa cmara de extino.

Nesta cmara o arco tem seu comprimento aumentado, segmentado em arcos menores e o gs ionizado resfriado atravs do contato com as paredes da cmara. Esse nome de sopro magntico devido s foras que impelem o arco para dentro da cmara, que so produzidas pelo campo magntico da prpria corrente.

b) Disjuntor a leo No disjuntor a leo h dois efeitos principais que levam extino do arco:

O efeito de hidrognio e

O efeito de fluxo lquido.

O primeiro refere-se decomposio do leo devido alta temperatura do arco, liberando dessa forma gases onde predomina o hidrognio, que relativamente bom condutor trmico. Desta forma o arco resfriado.

O outro efeito consiste em jogar leo mais frio sobre o arco, aumentando assim a troca de calor e resfriando o arco mais rapidamente.

c) Disjuntores a vcuo

O arco no vcuo, como no h gs ionizado, conduzido atravs de uma nuvem de partculas metlicas provenientes da evaporao dos contatos do disjuntor, que logo aps a interrupo do arco so depositados rapidamente na superfcie dos contatos. Essa rpida recuperao faz com que o disjuntor a vcuo tenha alta capacidade de ruptura em cmaras relativamente pequenas.

Alm dessa vantagem, o disjuntor a vcuo tem uma grande aceitao no mercado para mdia tenso at 38kV devido s seguintes caractersticas:

Segurana de operao, pois no requerem uso de gases ou lquidos e no emitem chamas ou gases;

Possui grande vida til;

Curso reduzido dos contatos requer menos energia para acionamento e o torna mais silencioso;

Alta relao entre capacidade disruptiva / volume; d) Disjuntores a ar comprimido

Esse tipo de disjuntor tem um mecanismo de extino bastante simples, que a criao de um fluxo de ar sobre o arco. Esse fluxo ocorre devido a um gradiente de presso, e o mecanismo eletro pneumtico que gera esse gradiente tambm utilizado na operao mecnica do disjuntor, ou seja, na abertura e fechamento dos contatos.

e) Disjuntores a SF6

O SF6 um meio isolante e extintor, por suas propriedades fsicas e qumicas: inodoro, no venenoso, incolor, e

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extremamente estvel e inerte at 500C. Devido sua alta densidade e falta de cor e cheiro, requer cuidados para no provocar acidentes como morte por asfixia, pois costuma se depositar em valas e espaos confinados. As caractersticas isolantes do SF6 so bastante superiores quelas dos meios mais comuns, como o leo mineral e o ar comprimido. Nos disjuntores, o SF6 se encontra em um sistema fechado e praticamente isento de umidade por toda a vida til do equipamento.

4.3.4 EQUIPAMENTOS DE COMANDO, CONTROLE E PROTEO.

Esses equipamentos so conectados aos secundrios dos TPs/TCs e destinam-se ao acionamento, superviso e proteo de outros equipamentos do sistema eltrico como os equipamentos de manobras e transformao. Os equipamentos de comando, controle e proteo incluem os indicadores, medidores, registradores, anunciadores, localizadores de defeito e rels de proteo.

4.3.5 BARRAMENTOS

So condutores que interligam os equipamentos. Nas subestaes, os mais comuns so os barramentos areos (flexveis) e os tubos de alumnio (rgidos). Os barramentos tubulares so adequados s grandes correntes (carga e curto circuito), tm rigidez mecnica para constiturem vigas e raio de curvatura externo bastante conservativo para reduzir os efeitos RIV (Radio Interference Voltage) e corona. A solda em tubos de liga

de alumnio o nico fator que dificulta sua aplicao; a tecnologia dessa solda est perfeitamente definida, mas a execuo e controle requerem cuidados e equipamentos especiais que dificultam sua aplicao por parte das pequenas firmas montadoras. Muitas operaes de solda podem ser substitudas por conectores apropriados, aparentemente mais caros, mas cuja aplicao no exige cuidados especiais. Os Barramentos flexveis so largamente utilizados em Subestaes e o clculo do comportamento mecnico desses barramentos de grande importncia no projeto de uma Subestao. Na literatura disponvel sobre o assunto, somente os casos mais simples so satisfatoriamente resolvidos.

O barramento pode ser conectado com as linhas, transformadores e cargas de uma subestao atravs de diversos arranjos. O Arranjo de Barramentos e dos equipamentos constituintes das subestaes determinado em funo de:

flexibilidade requerida em termos de facilidade de manobras; continuidade e confiabilidade operacionais;

manutenes;

custos de implantao.

Os arranjos mais usados so:

a) Barramento simples (Barra singela)

o arranjo mais simples, mais econmico e menos seguro. utilizado em instalaes de pequena potncia e nos casos em que se admitem cortes de fornecimento com alguma freqncia. Todos os circuitos se conectam mesma barra e so todos desligados quando ocorre um defeito nesta barra.

Principais vantagens:

Instalaes extremamente simples; Manobras simples, normalmente ligar e desligar circuitos alimentadores;

Custo reduzido.

Principais desvantagens:

Falha no barramento ou num disjuntor resulta no desligamento da subestao;

A ampliao do barramento no pode ser realizada sem a completa desenergizao da subestao;

Pode ser usado apenas quando cargas possam ser interrompidas ou tenhase outras fontes durante uma interrupo;

A manuteno de disjuntor de alimentadores interrompe totalmente o fornecimento de energia para os consumidores correspondentes;

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Figura 4.20 Barramento Simples b) Duplo Barramento Simples

um arranjo indicado para instalaes consumidoras que requerem alta confiabilidade para as cargas essenciais e aceitam desligamentos rotineiros para as cargas no essenciais. Normalmente so encontrados nas subestaes de consumidores do tipo hospital, hotel e muitos tipos de indstria. A primeira barra recebe energia do sistema e faz a alimentao normal de toda a instalao. A segunda barra alimentada pela primeira, em condies normais, ou por uma fonte de emergncia em caso de falha na alimentao principal. A fonte de emergncia, na maioria das vezes, constitui-se de

um grupo gerador diesel, mas dependendo da carga, encontram-se outros tipos de fontes de emergncia; tais como nobreaks e/ou conjuntos de baterias/inversores, principalmente para os alimentadores de sistemas que devem funcionar ininterruptamente, tais como alimentadores para computadores.

Principais Vantagens:

Cada circuito tem dois disjuntores dedicados. Flexibilidade de conexo de circuitos para a outra barra.;

Qualquer disjuntor pode ser retirado de servio para manuteno;

Fcil recomposio.

Principais Desvantagens:

Custo mais elevado;

Perder metade dos circuitos para falha num disjuntor se os circuitos no estiverem conectados em ambas as barras .

Figura 4.21 Duplo Barramento Simples c) Barramento Simples Seccionado

Este arranjo inclui um disjuntor de barra (ou disjuntor de paralelo) e com este arranjo perde-se apenas parte dos circuitos quando ocorre um defeito numa seo de

barra. O seccionamento da barra melhora a continuidade do fornecimento, pois, em caso de falha, somente o setor afetado desligado. O seccionamento do barramento permite uma maior flexibilidade das manobras para manuteno e uma maior continuidade operacional.


Maior continuidade no fornecimento; Maior facilidade de execuo dos servios de manuteno;

Este arranjo pode ( indicado) para funcionar com duas (ou mais) fontes de energia;

Em caso de falha da barra, somente so desligados os consumidores ligados seo afetada.

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No se pode transferir uma linha de uma barra para outra;

A manuteno de um disjuntor deixa fora de servio a linha correspondente;

Esquema de proteo mais complexo.

Figura 4.2 Barramento Simples Seccionado.

d) Barra Principal (0perao) e Transferncia

Em instalaes de maior importncia, quando existe o requisito de no perder o circuito durante a manuteno do disjuntor, pode-se utilizar o arranjo de barra principal (operao) e transferncia. Neste arranjo, as linhas so ligadas normalmente barra de operao e, em caso de manuteno do disjuntor, barra de transferncia. A efetividade do arranjo requer a instalao de um disjuntor especial, o disjuntor de transferncia, que utilizado como reserva para qualquer disjuntor das linhas, para tanto, deve ser previsto um sistema de adaptao da proteo de cada linha para a proteo deste disjuntor.


Custo inicial e final baixo; Qualquer disjuntor pode ser retirado de servio para manuteno;

Equipamentos podem ser adicionados e/ou retirados barra principal sem maiores dificuldades.


Requer um disjuntor extra para conexo com a outra barra;

As manobras so relativamente complicadas quando se deseja por um disjuntor em manuteno;

Falha na barra ou num disjuntor resulta no desligamento da subestao.

Figura 4.23 Barramento Principal e de Transferncia.

e) Barramento Duplo com um Disjuntor

Outra alternativa, em instalaes de grande porte e importncia, para se evitar o inconveniente de desligar as linhas de sada, quando da realizao de servios de manuteno nos disjuntores das linhas, ou nas barras, a utilizao do arranjo de barramento duplo. Neste arranjo, cada linha pode ser conectada a qualquer barra indistintamente. As barras, por sua vez, devem ser dimensionadas de forma a terem a capacidade de alimentar todas as linhas simultaneamente. A efetividade do arranjo requer a instalao do disjuntor de acoplamento de barras.


Permite alguma flexibilidade com ambas as barras em operao; Qualquer uma das barras poder ser isolada para manuteno;

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Facilidade de transferncia dos circuitos de uma barra para outra com o uso de um nico disjuntor de transferncia e manobras com chaves.


Requer um disjuntor extra (transferncia) para conexo com a outra barra; So necessrias quatro chaves por circuito;

A proteo do barramento pode causar a perda da subestao quando esta operar com todos os circuitos num nico barramento;

Alta exposio a falhas no barramento;

Falha no disjuntor de transferncia pode colocar a SE fora de servio.

Figura 4.24 Barramento Duplo com um disjuntor.

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Sistemas de Energia - Cap. 3 e 4 - Prof. Helton Do Nascimento

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