Aula 5 - Subestações

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Prof. Me. Guilherme Barros 
Patos de Minas-MG, Agosto de 2020 
SUBESTAÇÕES 
• Este capítulo se destina a: 
• Abordagem dos principais componentes e equipamentos 
existentes em subestações e suas principais 
características; 
• Noções de proteção em subestações; 
• Apresentação das características construtivas dos 
equipamentos relacionados às subestações de energia das 
concessionárias e dos consumidores. 
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 No início, a produção de energia elétrica 
ocorria próximo dos locais de consumo, diminuindo 
o impacto da transmissão. 
 Após a transmissão em tensão alternada, essa 
distância entre geração e consumo aumentou 
consideravelmente, sendo preciso elevar o nível de 
tensão para compensar a perda de transmissão. 
 Assim, tornou-se necessário reduzir o valor da 
tensão para níveis de utilização final. A 
infraestrutura para alterar os níveis de tensão é 
chamada de subestação. 
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 Compreende as instalações elétricas e as edificações 
destinadas a abrigar os equipamentos: 
• De medição; 
• Proteção; e 
• Transformação de Energia. 
 
 Objetivo: alterar os valores de tensão e corrente do 
fornecimento para valores de uso. 
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 Deve atender às necessidades de fornecimento de energia 
elétrica das instalações por ela alimentadas: 
• Flexibilidade de Manobra; 
• Acessibilidade para Manutenção 
• Confiabilidade: Proteção e Operação; e 
• Segurança do Sistema (equipamentos e profissionais). 
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Podemos classificar as subestações em: 
 Subestações de Energia das Concessionárias. 
 Subestações de Energia dos Consumidores. 
 
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 Subestações de Energia das Concessionárias. 
Objetivo: elevar a tensão no setor de geração e rebaixar na fase 
de transmissão para a distribuição. 
• Fase de Transmissão: Estações Transformadoras de 
Transmissão (ETT) 
• Valores de atuação da ETT: 
• Em tensão em CA: 69 kV; 88 kV; 138 kV; 230 kV; 345 kV; 
440 kV; 500 kV e 750 kV; 
• Em tensão em CC: 600 kV 
 
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 Subestações de Energia das Concessionárias. 
Objetivo: elevar a tensão no setor de geração e rebaixar na fase 
de transmissão para a distribuição. 
• Fase de Distribuição: Estações Transformadoras de 
Distribuição (ETD) 
• Valores de tensão de saída da ETD: 
• Em tensão em CA: 3,8 kV; 11,9 kV; 13,2 kV; 13,8 kV; 20 
kV; 23,5 kV e 34,5 kV; 
 
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 Subestações de Energia dos Consumidores. 
Objetivo: abaixar os valores de tensão para a alimentação de 
equipamentos existentes em sua instalação. 
• Estações Transformadoras de Consumidor (ETC) 
• São conectadas em tensão primária de distribuição inferior a 69 
kV, nas situações que a carga instalada na unidade consumidora 
for superior a 75 kW e sua demanda superior atingir 2500 kW. 
• A tensão primária de 69 kV ou superior fornece para demanda 
superior a 2500 kW. 
 
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 Subestações de Energia dos Consumidores. 
• Estações Transformadoras de Consumidor (ETC) 
• Se for necessário realizar a extensão da rede elétrica ou reforçar 
os condutores existentes para atender uma unidade consumidora, 
provavelmente o consumidor poderá pagar uma parte dos custos; 
• Em qualquer um dos pontos de conexão, o responsável pela 
unidade consumidora deve providenciar a construção de uma 
subestação capaz de receber a energia elétrica no nível de tensão 
contratado e realizar todas as transformações necessárias até a 
tensão de utilização. 
 
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 Para o rebaixamento da classe de tensão a ser realizado, as 
subestações necessitam de equipamentos eletromecânicos que garantem 
a segurança dos sistema e de seus operadores. 
• São eles: 
 Ramal de Entrada; 
 Para-raios; 
 Chaves Disjuntora e Seccionadora; 
 Transformadores; 
 Sistema de Proteção da Subestação; 
 
 Fusíveis; 
 Transformadores de Corrente (TC); 
 Transformadores de Potencial (TP); 
 Relé; e 
 Cabo Isolado de Média Tensão; 
 
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 É o conjunto de condutores, com os respectivos materiais 
necessários para sua fixação, que interligam o ponto de entrega da 
transmissora ou distribuidora aos terminais de entrada da subestação, 
podendo ser aéreo ou subterrâneo. 
• Nas subestações de tensão acima de 69 
kV é comum disponibilizar dois ramais 
de ligação: um de suprimento e outro 
de reserva. 
• Nas subestações de tensão inferior a 
69 kV é utilizado um único ramal de 
ligação. 
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 É destinado a proteção das instalações e dos equipamentos 
contra às variações provocadas por descargas elétricas atmosféricas. 
• No Sistema Elétrico de Potência, utiliza-se três tipos de para-raios: 
 Cabo para-raios; 
 Para-raios tipo haste-reta ou gaiola; e 
 Para-raios tipo válvula. 
 
 
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 Cabo para-raios ou cabo guarda 
 Fica situado acima dos condutores de uma linha de transmissão 
área. Protege a linha contra descargas atmosféricas diretas e, dentro das 
subestações de tensão ≥ 69 kV com entrada aérea, realizar a 
equipotencialização entre o sistema de aterramento da subestação 
(malha de aterramento) e da linha. 
 
 
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 Para-raios tipo haste-reta ou gaiola 
 
 Instalado nas partes mais altas das construções, constituídos de 
uma haste metálica com captor na extremidade. O captor tem a função 
de receber a descarga e a haste tem a função de descida, protegendo as 
partes civis da subestação. 
 
 
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 Para-raios tipo válvula 
 Na proteção dos equipamentos dentro das 
subestações são utilizados para-raios tipo válvula, sendo 
instalado um equipamento em cada fase em seu lado 
superior e no sistema de aterramento em seu lado inferior, 
ficando ligado em paralelo com a instalação elétrica. 
 No formato de um tubo isolante de porcelana ou 
polímero e internamente (carbonato de Silício ou óxido de 
zinco). Mantém o isolamento entre o seu lado superior e 
lado inferior até que seja submetido a uma tensão superior 
à sua tensão nominal. 
 
 
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 Chave Disjuntora 
 Ou disjuntor de média e alta tensão, é um 
equipamento eletromecânico destinado a interromper 
correntes elétricas de um circuito em condições 
normais de ou quando na ocorrência de curto-
circuitos, sobrecorrentes ou anomalias existentes no 
sistema. 
 Ele permite que seja essa interrupção, mesmo 
com elevadas correntes, controlando a ocorrência de 
arcos elétricos, de tal forma a não causar nenhum 
dano (extinção do arco elétrico). 
 
 
• Óleo Isolante 
• Vácuo 
• Gás SF6 
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 Chave Disjuntora 
 São divididos em duas partes: polo e caixa 
de comando. 
Polo: armação ou o invólucro onde são alojados os 
contatos fixo e móvel e a câmara de extinção do 
arco elétrico. 
Caixa de comando: local onde ficam instalados os 
equipamentos para acionamento do disjuntor. 
 
 
Polo Caixa de Comando 
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 Chave Disjuntora 
 Na caixa de comando fica instalado o 
mecanismo (por mola, sistema pneumático ou 
hidráulico) responsável por impulsionar o contato 
móvel dentro dos polos, promovendo a sua abertura 
e fechamento. Movimento que requer rapidez tanto 
na abertura quanto no fechamento. 
 
 
Polo Caixa de Comando 
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 Chave Seccionadora 
 São dispositivos eletromecânicos destinados a realizar manobras de 
abertura e fechamento de um circuito elétrico sem carga, ou seja, sem 
corrente elétrica. 
 Podem ser unipolares ou tripolares. 
Normalmente, nas subestações são trifásicas com 
acionamento simultâneo das três fases por um único 
comando. 
 Cada fase é provida por um isolador para a 
sustentação do comando fixo e outro isolador para 
sustentação do comando móvel. 
 
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 Transformadores 
 Sua principal função de alterar valores de tensão. 
 É uma máquina estática que, por meio de indução 
eletromagnética, transfere energia elétrica de um circuito (primário) 
para outros circuitos (secundários e/ou terciários) mantendo a mesma 
frequência, e geralmente com valores de tensão e correntes diferentes. 
 
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 Transformadores 
 • Em relação à isolação utilizam óleo ou resina epóxi (trafo a seco). 
• Quanto a tensão de operador podem ser elevador ou abaixador. 
• Quanto ao tipo podem ser monofásico ou trifásico. 
 
A relação da 
transformação entre a 
tensão de entrada e 
de saída é obtida pela 
relação entre o 
número de espiras na 
bobina primária e 
secundária. 
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 Transformadores 
 • Em relação à característica construtiva: 
• Parte Ativa: bobinas e núcleo 
• Acessórios: os demais componentes 
 
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Exemplo 01: Considerando um transformador elementar monofásico que tenha a 
função de reduzir a tensão de entrada e que possua a bobina primária com 1087 
espiras e a bobina do secundário com 10 bobinas. Pede-se: a) relação de 
transformação; b) Se for ligado ao enrolamento primário deste transformador a 
tensão de 13,8 kV, a tensão no enrolamento secundário; e c) dê uma aplicação 
deste transformador. 
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 Transformadores: Bobina 
 São constituídos de condutores de cobre sobrepostos entre si 
formando um bloco compacto. Comumente, a bobina de menor tensão é 
posicionada dentro da bobina de maior tensão. 
 
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 Transformadores: Tanque ou cuba 
 A função é de sustentação da parte ativa do transformador e , 
também, é por ele que o calor transferido do núcleo e do enrolamento 
por meio do óleo isolante é liberado. Presos ao tanque, os radiadores ou 
aletas auxiliam na transferência de calor. 
 
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 Transformadores: Tanque de expansão 
 A finalidade de compensar as variações do volume do óleo no 
tanque, em consequência da mudança de temperatura no interior do 
transformador, em função da carga e da temperatura do ambiente. 
 Instalado na parte externa e no ponto mais alto, 
recebe o óleo após sua dilatação em função do 
aquecimento, e o libera após sua contração em 
função do resfriamento, ajudado pela 
gravidade. 
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 Transformadores: Termômetro 
 Monitora a temperatura do óleo e a temperatura do enrolamento 
(imagem térmica). 
• Indica a temperatura do óleo; 
• Aciona os ventiladores (Trafo com refrigeração forçada); 
• Acionar alarme; e 
• Enviar comando para desligar o disjuntor. 
 
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 Transformadores: Relé de gás ou relé Buchholz 
 Possui a finalidade de proteger os transformadores isolados a 
óleo e que possuem tanque de expansão. Protege o transformador contra 
defeitos internos que causem movimento brusco do óleo ou curto-
circuito, que também resultem em formação de gás. 
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 Transformador a óleo 
 As partes energizadas ficam totalmente imersas em óleo. A 
função do óleo nos transformadores é isolar e refrigerar. 
- Características que o óleo deve possuir: 
• Boa rigidez dielétrica; 
• Capacidade de transferência de calor; 
• Baixo ponto de ignição; 
• Baixa viscosidade; e 
• Alta resistência a oxidação. 
 
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 Transformador a óleo 
 Os tipos de óleo isolante são os minerais derivados do petróleo, os 
sintéticos e os vegetais. 
 O sistema de resfriamento do transformador utilizam os seguinte 
processos: 
• Refrigeração natural (ONAN); (Trafo de pequeno porte = Convecção) 
• Ventilação forçada (ONAF); (Trafo de potência = ventiladores) 
• Circulação forçada do óleo (OFAF); (Trafo de alta potência = bomba de óleo) 
• Refrigeração à água (OFWF).(Serpentina de cobre parte de tanque 
externo e é imerso no óleo) 
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 Transformador a seco 
 Basicamente, quanto a função, são iguais aos transformadores de 
óleo, com exceção de seu aspecto construtivo. 
 Suas bobinas são revestidas de uma resina em epóxi que possui a 
função de isolamento e a refrigeração é feita por meio do ar que circula 
por entre as bobinas. 
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 Fusíveis 
 
 Nas instalações de média tensão das subestações, normalmente, 
utiliza-se fusíveis como proteção dos transformadores. A atuação é baseada 
na fusão de um elemento fusível (elo), provocado pela circulação das 
sobrecorrentes de longa duração ou correntes de curto-circuitos. 
 São do tipo HH das subestações de média tensão, constituídos por 
um invólucro de material isolante, geralmente porcelana vitrificada, e em 
seu interior encontra-se o elo envolto em areia especial. 
 Sua escolha depende da corrente, tensão e 
tempo de atuação, podendo ser rápido ou retardado. 
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 Fusíveis 
 
 
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 Os transformadores para instrumentos são equipamentos com a 
função de reduzir os valores de tensão e corrente da linha para 
alimentação dos instrumentos de medição e proteção. 
 Atuam de forma integrada aos relés e aos disjuntores. Sua função 
é acompanhar as informações de tensão e corrente do sistema elétrico. 
 Os relés e os instrumentos de medição não podem ser conectados 
em alta tensão, por isso os transformadores para instrumentos promovem 
a isolação entre eles. 
 Quando a ocorrência de anomalia no circuito, estes saturam, 
porque não é interessante a medição em situações de anomalias. 
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 Os transformadores de instrumentos encontrados no sistema de 
proteção são: 
• Transformadores de Corrente (TC) 
 
 
 
• Transformadores de Potencial (TP) 
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 Transformador de Corrente (TC) 
 São equipamentos com a função de reduzir valores de corrente 
para alimentação dos instrumentos de medição e proteção. 
 São ligados em série no sistema. A relação de transformação das 
correntes primária e secundária é inversamente proporcional ao número 
de espiras primária e secundária. 
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Exemplo 02: Considerando um transformador de corrente (TC) circulando no 
primário uma corrente de 100 A, e que o mesmo possui uma relação de 
transformação (N1/N2) de 0,2. Qual será a corrente nominal de circulação da 
bobina secundária? 
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 Transformador de Potencial (TP) 
 São equipamentos com a função de reduzir valores de tensão 
para alimentação dos instrumentos de medição e proteção. 
 São ligados em paralelo no sistema e, normalmente, sua tensão 
secundária nominal é de 115 V ou 220 V. 
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Exemplo 03: Considerando um transformador de potencial (TP) circulando no 
secundário uma tensão de 115 V, e que o mesmo possui uma relação de 
transformação (N1/N2) de 20. Qual foi a tensão aplicada de na bobina primária? 
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 Relé 
 
 Os relés, assim como os dispositivos de proteção, são identificados 
por números nos projetos e diagramas elétrico, definidos pela ABNT NBR 
5175/1988. 
 Exercem papel fundamental na proteção de um sistema elétrico. 
Essa proteção, em instalações elétricas de alta tensão é realizada por meio 
dos relés que atuam de forma integrada com os transformadores para 
instrumentos e com os disjuntores. 
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 Tipos de Relés: 
 Proteção de Tensão: recebem informação do TP 
 • Relé de subtensão: atua quando a tensão de entrada é menor 
que um valor predeterminado. 
• Relé de sobretensão: atua quando a tensão de entrada é 
maior que um valor predeterminado. 
• Relé sequência de fase: atua para um valor predeterminado 
de tensão polifásica, na sequência de fase estabelecida. 
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 Tipos de Relés: 
 Proteção de Corrente: recebem informação do TC 
 • Relé de sobrecorrente instantâneo: atua instantaneamente, 
por valor de corrente superior a um limite predeterminado. 
• Relé de sobrecorrente temporizado em circuito de CA: atua 
com retardo intencional de tempo quando a corrente excede 
um valor predeterminado. 
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 Tipos de Relés: 
 Nas subestações conectada em tensão acima de 69 kV com dois 
ramais de entrada, tem-se: 
• Relé de controle seletivo/transferência automática: 
dispositivo que seleciona automaticamente uma entre várias 
fontes ou condições em um equipamento e permite realizar 
uma operação de transferência. 
Exemplo: quando ocorre a falta de tensão do circuito principal, essa 
função realiza a manobra para transferir a carga da subestação para 
o outro circuito. 
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 Tipos de Relés: 
 • Relé de religamento automático: controla o religamento e o 
bloqueio automático de um disjuntor. 
• Relé de frequência: opera quando a frequência, ou sua taxa 
de variação, está fora dos limites preestabelecidos. 
• Relé de bloqueio de religamento: utilizado para desligar 
dispositivos e equipamentos e mantê-los inoperantes. 
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 Cabos: 
 Na fase de transmissão e distribuição das linhas aéreas, 
normalmente são utilizados condutores nus sem isolação, e em casos 
especiais, também podem ser encontrados cabos isolados. 
 Quanto a característica construtiva os cabos isolados de média 
tensão podem ser unipolares, também denominado de singelo, ou 
tripolares que possuem as seguintes características: 
 
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 Cabos: 
 
1) Condutor: região do cabo por onde circula a corrente 
elétrica. 
2) Blindagem do condutor: camada de material condutor 
não metálico (semicondutor) termofixo, para 
uniformizar a distribuição de campo elétrico no 
condutor. 
3) Isolação: camada de composto de borracha 
etilenopropileno (EPR) ou polietileno reticulado (XLPE). 
 
Cabo de média tensão unipolar 
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 Cabos: 
 
4) Blindagem da isolação: camada de material 
semicondutor em contato com a isolação, com a função 
de uniformizar o campo elétrico. 
5) Blindagem metálica: constituída por fios de cobre, 
aplicados helicoidalmente sobre a blindagem da 
isolação, devendo estar sempre aterrados com a 
finalidade de proteção. 
6) Cobertura: camada de policloreto de vinila (PVC), com 
a função de proteção mecânica do cabo. 
Cabo de média tensão unipolar 
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 Cabos: 
 Os cabos de baixa tensão são constituídos 
por duas partes, condutor e isolante, são 
diferentes dos cabos de média tensão que 
possuem, além do condutor de cobre ou alumínio 
ao centro do cabo, outras camadas ao seu redor. 
 Envolvendo o condutor existe uma camada 
de fita semicondutora, cujo objetivo é de 
uniformizar e filtrar as linhas de campo elétrico 
formadas pela circulação de corrente elétrica 
através do condutor. 
 
Cabo de média tensão tripolar 
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 Cabos: 
 Sobre a camada semicondutora 
encontra-se a isolação do cabo, que possui o 
objetivo de garantir a rigidez dielétrica do cabo. 
 A blindagem da isolação, que é formada 
de uma camada de material semicondutor, fica 
localizada entre a isolação e a blindagem 
metálica, e possui o objetivo de uniformizar o 
campo elétrico radial. 
 
Cabo de média tensão tripolar 
GTDE 
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 Cabos: 
 A camada correspondente a blindagem 
metálica, formada por fita ou fios de cobre 
acondicionados de forma helicoidal sobre a 
blindagem da isolação, tem o objetivo de proteger 
a instalação e as pessoas em caso de falha na 
isolação. Para isso, a importância dessa estar 
conectada à terra. 
 Terminações e emendas de cabos isolados 
de média tensão possui a necessidade de recompor 
todas as camadas do cabo e manter o afastamento. 
Cabo de média tensão tripolar 
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 Mufla ou Terminação/terminal: 
 Constitui um sistema simples e rápido para 
terminar cabos de potência com isolação extrudada, 
unipolar ou tripolar até 35kV e seção até 630mm². 
Características: O sistema modular dos componentes, 
permite variar o comprimento da linha de fuga 
tornando a mufla(terminal) adequado às tensões de 5 a 
35kV. Composto de tubo de alívio de campo elétrico 
(TVR) em EPDM, cobertura de aterramento e saias 
isolantes em borracha à base de silicone. 
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[1] GEDRA, R. L.; BARROS, B. F. de; BORELLI, R. Geração, Transmissão, Distribuição e 
Consumo de Energia Elétrica. 1. ed. Editora: Érica, 2014. 
Transformador do tipo 
“Vault” 
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