Subestação de alta tensão em cliente industrial

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FACULDADE UNYLEYA
Curso de Pós-Graduação
Engenharia Elétrica e de Sistemas de Energia
Victor Cifuente
Disciplina: 
Componentes de baixa, média e alta tensão
Prof. Felipe Andrey Reis
							2022	
SUBESTAÇÃO DE ALTA TENSÃO EM CLIENTE INDUSTRIAL
INTRODUÇÃO
Entendemos por subestação um conjunto de equipamentos designados a transformar, chavear, proteger ou regular a tensão elétrica, com a principal função de garantir a confiabilidade do sistema elétrico.
Um ponto de controle e transferência dentro de um sistema elétrico de transmissão, que direciona e controla o fluxo energético, transforma os níveis e funciona como pontos de entrega para consumidores industriais.
No sistema elétrico de potência (SEP), as etapas de geração, transmissão e distribuição protelam entre si em relação as tensões padrões. As subestações realizam adequações destas tensões utilizando transformadores adequados e equipamentos para manobra e proteção.
CLASSIFICAÇÃO DAS SUBESTAÇÕES
As subestações de alta tensão são classificadas em relação a alguns fatores.
FUNÇÃO
· Distribuidora
Conjunto de equipamentos de chaveamento, controle, e redução de tensões, em ordem, de modo a reduzir a tensão para a distribuição da energia para centros consumidores.
· Seccionadoras
Conjunto de equipamentos de chaveamento e controle, em ordem, de modo a conectar circuitos da mesma tensão, possibilitando a sua multiplicação e permitindo a proteção do sistema.
· Transformadora
Conjunto de equipamentos de chaveamento, controle e elevação ou redução de tensão, em ordem, de modo a elevar ou abaixar a tensão do sistema. As subestações elevadoras são em geral associadas a uma unidade geradora, adequando o nível de tensão de geração à de transmissão. As abaixadoras, geralmente são associadas aos centros consumidores, mas não se limita a eles.
TENSÃO
· Até 1kV – Baixa tensão
· De 1kV a 69kV – Média tensão
· De 69kV a 230kV – Alta tensão
· De 230kV a 800kV – Extra alta tensão
· Acima de 800kV – Ultra alta tensão
INSTALAÇÃO
· Desabrigadas – Construídas ao ar livre
· Abrigadas – Construídas em locais fechados
· Blindadas – Construídas em locais abrigados e os equipamentos são protegidos e isolados em óleo ou gás.
DIAGRAMA UNIFILAR
	O diagrama unifilar é a representação mais comum de um sistema elétrico. Representa o sistema elétrico por apenas uma das suas fases, com destaque as formas de condição de energia no sistema. Normalmente, essa representação é graficamente desenvolvida na aplicação AutoCAD, utilizando a simbologia convencionada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT.
Figura 01 – Exemplo de diagrama unifilar
EQUIPAMENTOS DE UMA SUBESTAÇÃO
Nesta seção serão apresentados os principais equipamentos para a instalação de uma subestação de alta tensão.
BARRAMENTO
· Barramento Simples 
Simplicidade e baixo custo de instalação são as principais características. Devido a tecnologia simples, apresenta bom atributo ao sistema, reduzindo o perigo de manobras errôneas por parte do operador. Mas em contraposição, na ocorrência de uma falta, a secção defeituosa e seus circuitos correspondentes terão que ser desligados. Normalmente utilizado em subestações transformadoras e de distribuição onde a continuidade do fornecimento é feita através de redes interligadas em malhas ou em pontos da rede onde não há necessidade de continuidade no fornecimento.
· Barramento Auxiliar
 Quando associados aos barramentos principais por meio de disjuntores, permite a manutenção de todos os disjuntores, sem o desligamento dos circuitos correspondentes. Normalmente é utilizado em pontos da rede em que se exige continuidade no fornecimento e em locais de grande poluição, onde a limpeza dos equipamentos é necessária, pois são necessários frequentes desligamentos.
· Barramento Duplo 
Divisão dos circuitos de alimentação em dois grupos, sendo possível trabalhar com dois valores de tensão e frequência, ou possibilitando a manutenção em um barramento sem o desligamento do fornecimento de energia aos circuitos. Na maioria das vezes é utilizado em instalações alimentadas com dois valores de tensões ou frequências, ou quando se deseja uma alimentação contínua, quando não há possibilidade de interrupções. 
· Barramento em Anel 
Nas subestações com barramento em anel, a característica de um disjuntor poder sair de operação sem interromper o fornecimento de energia nos circuitos alimentadores. Em compensação, os equipamentos da subestação devem ser dimensionados para perto do dobro da corrente de curto-circuito dos circuitos de alimentação, além de se ter o problema da pouca visibilidade da instalação, o que pode aumentar as chances de erros nas manobras. 
Esta configuração é geralmente utilizada em locais com influência estadunidense, para subestações com até seis derivações.
TRANSFORMADORES
Os transformadores (de força ou potência) são os principais e na grande parte das vezes os mais caros equipamentos de subestações do tipo elevadoras ou abaixadoras. Sua função é transformar a tensão de um sistema em outra tensão, possibilitando as suas conexões.
Os transformadores podem ser classificados de alguns modos: 
Conforme a construção do núcleo magnético: 
· Monofásicos – São transformadores de força em que usa um núcleo magnético para cada fase do sistema
· Trifásicos – São transformadores de força nos quais se utiliza somente um núcleo magnético para o acoplamento das três fases. 
Conforme a construção dos enrolamentos: 
· Convencionais – Os enrolamentos primário e secundário são isolados eletricamente, ou seja, são formados por duas bobinas diferentes. 
· Autotransformadores – Os enrolamentos primários e secundários não são isolados eletricamente, ou seja, uma única bobina compõe os dois enrolamentos. 
Conforme o tipo de ligação: 
O tipo de ligação se define tanto para o enrolamento primário como para o secundário. Quando existente, define-se também para o enrolamento terciário. 
· Ligação em Triângulo – Os terminais de um enrolamento são interligados aos terminais dos outros enrolamentos, de modo que todos os enrolamentos interliguem entre si. As fases são conectadas às conexões entre enrolamentos
· Ligação em Estrela – Um dos terminais de cada um dos três enrolamentos é interligado e as fases são conectadas nos outros terminais dos enrolamentos
· Ligação Zig-Zag – Cada um dos enrolamentos de fase tem duas partes com forças eletromotrizes defasadas entre si, e estão ligadas em um ponto em comum. Geralmente é usado quando não há equilíbrio de cargas (reatores) ou quanto é necessário se utilizar dois aterramentos.
Figura 02 – Exemplo de transformador
REATORES EM DERIVAÇÃO
São equipamentos com a função de controlar as tensões no barramento e para redução de sobretensão nos surtos de manobra. Podem ser utilizados para a compensação de reativos e redução de correntes. Os reatores são muito parecidos com os transformadores convencionais, mas a maior diferença que se encontra nos reatores são as colunas com enrolamentos serem laminados em sentido radial e contém entreferros. O fluxo nos entreferros é distorcido e a laminação radial garante que as linhas de fluxo sejam sempre contidas nos planos das lâminas para a redução de perdas no ferro.
DISJUNTORES
Podemos considerar os principais equipamentos de proteção de uma subestação, tendo a capacidade de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais de operação assim como estabelecer, conduzir durante tempo especificado e interromper corrente sob condições anormais de operação.
Sua função no sistema é realizar a interrupção de correntes de falta o mais rápido possível, para evitar e limitar ao máximo os danos causados aos equipamentos por correntes de curto-circuito. Os disjuntores também possuem a capacidade de interromper correntes nominais de funcionamento, correntes de magnetização de transformadores e reatores e correntes capacitivos de bancos de capacitores e de linhas em vazio.
CHAVES
No sistema elétrico, as chaves, cumprem diversas funções. De modo geral são utilizadas para o seccionamentode circuitos por necessidade operativa, ou seccionamento do sistema por necessidade de isolar componentes, para realização de manutenções. As chaves somente podem operar quando estão sem energia, ou seja, quando a diferença de potencial entre os seus terminais for o menor possível, isso evita danos à chave. Um efeito importante para as chaves é o chamado Efeito Corona. Isso ocorre quando uma descarga é formada pela emissão de elétrons por eletrodos de alta tensão, no qual se chocam com os átomos do dielétrico entorno do eletrodo, provocando a liberação de novos elétrons, num processo chamado de Avalanche de Townsend. Este efeito acontece em superfícies irregulares, onde há concentração de campo elétrico, grande o suficiente para ionizar o meio isolante no qual a superfície está imersa, tornado o meio condutivo.
TIPOS DE CHAVES
· Chaves seccionadoras – Funcionam para by-pass ou para isolar equipamentos das subestações, como disjuntores, capacitores, dentre vários, para a realização de manutenções destes equipamentos. Também são utilizadas para fazer manobras de transferência entre barramentos de uma subestação.
· Chaves de terra – Necessárias para aterrar os equipamentos do sistema que estão em manutenção, ou para aterrar linhas de transmissão, barramentos, ou bancos de capacitores em derivação.
· Chaves de aterramento rápido – Possuem um tempo de fechamento extremamente rápido e possuem várias aplicações, como aterrar componentes energizados, provocando uma falta proposital na rede, a fim de solicitar os esquemas de proteção, aterrar componentes energizados no caso de defeitos em reatores que não são manobráveis ligados à linha de transmissão sem sistemas de proteção com transferência de disparo, aterrar componentes energizados no caso de linhas de transmissão terminadas por transformador sem disjuntor no outro lado da linha e proteger os geradores contra sobretensão e auto excitação.
SISTEMAS PARA PROTEÇÃO E CONTROLE
Completando a instalação das subestações de alta tensão, empregamos sistemas para a coleta, armazenamento e monitoramento das grandezas elétricas e para o controle das manobras, a proteção física dos equipamentos, dentre outros fins.
Os sistemas de proteção e controle são essenciais para as subestações que são responsáveis pela coleta e tradução dos sinais gerados pelos transformadores gerando os comandos para as manobras e informações que podem ser guardadas e utilizadas em análises de falhas. 
Para minimizar os efeitos de perturbações no sistema e minimizar danos aos equipamentos, os sistemas precisam garantir os itens a seguir: 
· Confiabilidade – Garantir a certeza da correta operação diante de falhas no sistema, incluindo a operação confiável do sistema quando requisitado. Também a seletividade do sistema para isolar somente o necessário e garantir a continuidade no fornecimento; 
· Segurança – Disposição para impedir operações desnecessárias entre faltas. 
· Velocidade – Capacidade para eliminar as faltas no menor tempo possível, considerando a confiabilidade e a segurança do sistema
· Simplicidade – Sistemas que não sejam mais complexos que o necessário, pois equipamentos além do necessário, aumentam as chances de falhas e operações imprecisas.
Deve-se levar em conta os serviços de obras civis e montagem eletromecânica necessários para a construção da subestação e a realização do comissionamento para atestar a conformidade da subestação implantada.
SERVIÇOS E LEGISLAÇÃO
Antes de construir uma subestação de alta tensão é necessário atender as normas vigentes pela concessionária local e pelo Operador Nacional do Sistema – ONS.
O Operador Nacional do Sistema é um órgão responsável por coordenar e controlar as operações das instalações de geração e a transmissão de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional – SIN. O órgão fiscalizador é a Agencia Nacional de Energia Elétrica – ANEEL.
CONCLUSÃO
Neste artigo foram expostos os principais equipamentos para a instalação de uma subestação de alta tensão em um cliente industrial e que sua finalidade principal é a alteração dos valores das tensões e a proteção de um sistema elétrico.
Por ser um assunto com grande complexidade, não foi possível expor mais detalhes do sistema como um todo.
REFERÊNCIAS
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