ELEMENTOS DE SUBESTAÇÃO

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ELEMENTOS DE 
SUBESTAÇÃO 
Equipamento de Transformação – 
Transformador de Força e de Instrumento. 
 
Equipamento de Proteção – Para Raios, Relés 
e Fusíveis 
 
Diego Moraes de Carvalho 
Rafael Franco Silveira 
EQUIPAMENTO DE 
TRANSFORMAÇÃO 
 
Transformador de Força e de Instrumento 
Transformador de Potência 
 
 
 
 Os transformadores de potência são destinados a 
rebaixar ou elevar a tensão e consequentemente elevar 
ou reduzir a corrente de um circuito, de modo que não se 
altere a potência do circuito. 
 
Tipos 
 
• Transformador de Força - utilizados para gerar, transmitir e 
distribuir energia em subestações e concessionárias. Possuem 
potência de 5 até 300MVA. Quando operam em alta tensão de 
138kV até cerca de 800kV. 
 
• Transformador de Distribuição - utilizados para rebaixar a 
tensão para ser entregue aos clientes finais das empresas de 
distribuição de energia. São normalmente instalados em 
postes ou em câmaras subterrâneas. Possuem potência de 30 
a 300kVA; em tensão de 13,8kV até cerca de 69kV, já o 
transformador de baixa tensão tem 380/220 ou 220/127V 
Transformador de Força 
 
• Classificados segundo o seu meio isolante, podendo ser 
a óleo mineral, a líquidos isolantes sintéticos pouco 
inflamáveis (silicone) e secos. 
 
 
• Dependendo da aplicação, estes equipamentos são 
fabricados com comutadores de tensão sem carga 
(NLTC), com carga (OLTC) - ou uma combinação de 
ambos. 
Tipos 
 
• Transformadores elevadores GSU (Generator Step-up 
Transformer) – elevam a tensão gerada até uma tensão de 
transmissão, que pode ser de 245, 362, 420, 550 e até 800kV. 
 
• Transformadores abaixadores - reduzem a tensão desde o 
nível de transmissão – de 230 a 800kV - até o nível apropriado 
de distribuição, normalmente entre 13,8 e 34,5kV; 
 
• Transformadores para interconexão de sistemas – 
Interligam sistemas de transmissão com diferentes níveis de 
tensão de tal forma que a potência (tanto ativa quanto reativa) 
possa ser intercambiada entre os sistemas. 
Transformador de Instrumentos 
• Essenciais na realização das funções de medição e de 
proteção nos sistemas elétricos de potência; 
 
• Podem-se medir, com segurança, os elevados valores de 
tensão e de corrente utilizados na produção, transmissão 
e distribuição de energia elétrica e, assim, fornecer as 
informações necessárias para faturamentos de demanda, 
consumo de energia e também para a atuação com 
precisão dos sistemas de proteção, garantindo um 
funcionamento mais seguro dos equipamentos, 
subestações e linhas de transmissão a que estão 
associados 
Transformadores de Corrente 
 
• Instrumento cujo enrolamento primário é ligado em série 
a um circuito elétrico e cujo enrolamento secundário se 
destina a alimentar bobinas de correntes de instrumentos 
elétricos de medição e proteção ou controle; 
 
• São classificados 
 de acordo com a sua 
 construção mecânica; 
 
TC – Tipos 
• Tipo Primário Enrolado – enrolamento primário 
constituído de uma ou mais espiras envolve 
mecanicamente o núcleo do transformador; 
 
 
 
• Tipo Barra – primário é constituído por uma barra, 
montada permanentemente através do núcleo do 
transformador; 
TC – Tipos 
• Tipo Janela – não possui primário próprio e é constituído 
de uma abertura através do núcleo, por onde passa o 
condutor do circuito primário; 
 
 
 
• Tipo Bucha – tipo especial de TC tipo janela é construído 
e projetado para ser instalado sobre uma bucha de um 
equipamento elétrico, fazendo parte integrante do 
fornecimento deste; 
TC – Tipos 
 
• Tipo Núcleo Dividido – este tipo possui o enrolamento 
secundário completamente isolado e permanentemente 
montado no núcleo, mas não possui enrolamento 
primário. Parte do núcleo é separável ou articulada para 
permitir o enlaçamento do condutor primário; 
 
 
Uso 
 
• Serviço de Medição – A designação dos TC’s, de acordo com 
a ABNT, é feita indicando a classe de exatidão seguida da 
carga nominal com a qual se verifica esta exatidão. Já a 
designação de acordo com a ANSI é feita indicando a classe 
de exatidão seguida da letra “B” e da impedância da carga 
nominal com a qual se verifica esta exatidão; 
 
• Exemplos: 
• 0,6 – C50,0 (ABNT) 
• 0,3 – C2,5 (ABNT) 
• 0,6B – 2,0 (ANSI) 
• 0,3B – 0,1 (ANSI) 
 
 
Uso 
• Serviço de Proteção – A designação dos TC’s, de 
acordo com a ABNT e ANSI, é feita de acordo com a 
tabela abaixo: 
 
 
Características Nominais Designação 
Impedânci
a 
Secundári
a Interna 
Classe 
de 
Exatidã
o (%) 
Potênci
a 
Aparent
e (VA) 
Tensão 
Secundá
ria (V) 
ANSI (C.57.13) 
Rev. 1968 
ABNT (EB-
251.2) 
Ver. 1980 
Alta 
10 2,5 10 T 10 10A 10 
10 5 20 T 20 10A 20 
10 12,5 50 T 50 10A 50 
10 25 100 T 100 10A 100 
10 50 200 T 200 10A 200 
10 100 400 T 400 10A 400 
10 200 800 T 800 10A 800 
Baixa 
10 2,5 10 C 10 10B 10 
10 5 20 C 20 10B 20 
10 12,5 50 C 50 10B 50 
10 25 100 C 100 10B 100 
10 50 200 C 200 10B 200 
10 100 400 C 400 10B 400 
10 200 800 C 800 10B 800 
Transformadores de Potencial 
• O transformador de potencial (TP) é um transformador 
para instrumento cujo enrolamento primário é ligado em 
derivação a um circuito elétrico e cujo enrolamento 
secundário se destina a alimentar bobinas de potencial 
de instrumentos elétricos de medição e proteção ou 
controle; 
 
 
 
 
• Semelhantes aos transformadores de distribuição 
convencionais mas consomem baixa potência. 
 
 
Características 
• Os TPs variam conforme sua classe de exatidão. Para as 
medições de supervisão e controle utiliza-se TP com 
erros de relação menores ou iguais a 0,3% com desvio 
de fase de 15 minutos. A tabela abaixo apresenta as 
classes de exatidão para TP de acordo com a norma IEC 
60014-1. 
 
 
 
Classe de 
exatidão 
Carga (%) 
Limite dos Erros 
Aplicação Corrente 
(%) 
Erro de 
relação 
(%) 
Desvio de 
fase (min) 
0,1 25-100 80-120 0,1 5 Laboratório 
0,2 25-100 80-120 0,2 10 Medição 
0,5 25-100 80-120 0,5 20 Medição 
1 25-100 80-120 1 40 Industrial 
3 25-100 80-120 3 - 
Instrumento
s 
3P 25-100 5-Vf 3 120 Proteção 
6P 25-100 5-Vf 6 240 Proteção 
TP – Tipos 
• Tipo Indutivo – construídos segundo três grupos: 
 
• Grupo 1 - são aqueles projetados para ligação entre fases. São 
basicamente os do tipo utilizados nos sistemas de até 34,5 kV; 
 
• Grupo 2 - são aqueles projetados para ligação entre fase e neutro 
de sistema diretamente aterrados; 
 
• Grupo 3 - são aqueles projetados para ligação entre fase e neutro 
de sistemas onde não se garante a eficácia do aterramento. 
 
TP – Tipos 
• Tipo Capacitivo – basicamente utilizam-se de dois 
conjuntos de capacitores que servem para fornecer um 
divisor de tensão e permitir a comunicação através do 
sistema carrier. 
 
Para-raios 
Durante a sua vida útil, os para-raios são submetidos 
diferentes solicitações elétricas e ambientais: 
 
• Tensão normal de operação; 
• Sobretensões temporárias; 
• Descargas de longa duração ou de alta intensidade e 
curta duração; 
• Contaminação externa do invólucro, quando instalados 
em ambientes poluídos; 
• Variações climáticas, exposição a raios ultra-violeta, 
umidades elevadas, etc. 
 
 
Características Construtivas 
 
Para raios com Gap e resistor não-linear: 
São constituídos basicamente: 
 
• Resistor não-linear; 
• Corpo de porcelana; 
• Centelhador serie; 
• Desligador automático; 
• Protetor contra sobrepressao; 
• Mola de compressão. 
Características Construtivas 
 
Para raios com Óxido de Zinco: 
São constituídos basicamente: 
 
• Resistor não-linear; 
• Corpo de porcelana; 
• Corpo Polimérico. 
 
 
Critérios para seleção e aplicação de 
para-raios em subestações 
 
• Seleção das características de operação e de proteção 
dos para-raios, em função das características dos 
sistemas; 
 
• Seleção ou determinação da suportabilidadeda isolação; 
 
• Avaliação da coordenação do isolamento. 
Localização dos para-raios nas 
subestações 
• Subestações abrigadas com entrada subterrânea: 
 
Localização dos para-raios nas 
subestações 
• Subestações abrigadas com entrada aérea: 
 
Localização dos para-raios nas 
subestações 
 
 
 
• Subestações de instalação exterior: 
 
Localização dos para-raios nas 
subestações 
• Instalação de captores Franklin em subestações de 
potencia de instalação exterior: 
 
Disjuntores 
• Principais e mais eficientes equipamentos utilizados nas 
subestações; 
 
• No estado ligado ou desligado deve suportar as 
condições necessárias para seu funcionamento; 
 
• Mesmo operando muitos meses em condições diversas 
climáticas deve atuar normalmente; 
 
• Deve haver um bom dimensionamento para haver uma 
boa confiabilidade. 
Aspectos Construtivos 
Disjuntores a sopro magnético 
 
• O arco voltaico é extinto nas câmaras de extinção; 
 
• As forças que impelem o arco para dentro das fendas da 
câmara são produzidas pelo campo magnético da própria 
corrente, passando por uma ou mais bobinas; 
 
• Eventualmente é também de auxilio um sopro 
pneumático auxiliar; 
 
• São utilizados em média tensão de até 24KV. 
Aspectos Construtivos 
 
Disjuntor a óleo 
 
 
• É utilizado o óleo para extinguir o arco elétrico; 
 
 
• Utilizado o efeito do Hidrogênio e o efeito de fluxo líquido. 
 
Aspectos Construtivos 
• Disjuntor a óleo 
Aspectos Construtivos 
Disjuntor a vácuo 
 
• Baseia-se no principio da extinção do arco elétrico no 
vácuo pois no vácuo inexiste íons positivos e elétrons; 
 
• Os íons positivos e elétrons são fornecidos pela nuvem 
de partículas metálicas provenientes da evaporação dos 
contatos formando o substrato para o arco voltaico; 
 
• Rápida recuperação da rigidez dielétrica, o que permite 
altas capacidades de ruptura em câmaras relativamente 
pequenas. 
 
Aspectos Construtivos 
Disjuntor a vácuo 
 
Aspectos Construtivos 
 
Disjuntor a ar comprimido 
 
• O mecanismo eletropneumático além de proporcionar a 
abertura e fechamento dos contatos faz a extinção do 
arco; 
 
• Consiste em criar um fluxo de ar sobre o arco, fluxo este 
provocado por um diferencial de pressão. 
Aspectos Construtivos 
• Disjuntor a ar comprimido 
Aspectos Construtivos 
Disjuntor a SF6 
 
• Este gás possui uma série de propriedades físicas e 
químicas que o torna um meio isolante e extintor, por 
excelência; 
 
• Se comporta como um gás nobre; 
 
• As características isolantes do SF6 variam em função da 
pressão (na realidade em função da densidade) e são 
bastante superiores aquelas dos meios isolantes mais 
comuns usados em disjuntores que são o óleo mineral e 
o ar comprimido. 
Aspectos Construtivos 
• Disjuntor a SF6 
Relés 
 
• Trabalham em conjunto com os disjuntores auxiliando na 
proteção; 
 
 
• A corrente passando em sua bobina de acionamento cujo 
deslocamento do êmbolo, imerso no campo magnético 
formado por essa corrente, faz movimentar o mecanismo 
de acionamento do disjuntor. 
 
Relés 
De modo geral os relés são assim classificados: 
 
• Relés de tensão 
 
• Relés de corrente 
 
• Relés de frequência 
 
• Relés direcionais 
 
• Reles de impedância 
Relés 
Os relés são divididos em duas categorias. 
 
 Primários: 
• Conhecidos como relés de ação direta; 
 
• Empregados em pequenas e medias instalações 
industriais; 
 
• Geralmente, dispensam transformadores redutores; 
 
• Não necessitam de fonte auxiliar para promoverem o 
disparo do disjuntor. 
 
Relés 
Secundários: 
 
• Também conhecidos como reles de ação indireta; 
 
• Amplamente utilizados nas instalações de médio e 
grande porte; 
 
• Necessitam de transformadores redutores como fonte de 
alimentação; 
 
• Requerem, em geral, uma fonte auxiliar de corrente 
continua ou de corrente alternada. 
Relés 
Quanto à forma construtiva os relés são divididos em: 
 
Fluidodinâmicos 
• Utilizam líquidos, em geral, o óleo de vaselina, como 
elemento temporizador; 
• Normalmente são construídos para ligação direta com a 
rede; 
• Possuem um embolo móvel que se desloca no interior de 
um recipiente, no qual é colocada certa quantidade de 
óleo, que provoca a sua temporização quando o embolo 
é deslocado para fora do recipiente pela ação do campo 
magnético formado pela bobina ligada diretamente ao 
circuito a ser protegido. 
 
Relés 
 
Eletromagnéticos: 
• O principio de funcionamento se baseia na força de 
atração exercida entre elementos de material magnético; 
• A força eletromagnética desloca um elemento móvel 
instalado no circuito magnético de modo a reduzir sua 
relutância; 
• Mesmo sendo muito encontrado em instalações antigas 
que o possuem, não é mais utilizado. 
 
Relés 
Eletrodinâmicos: 
 
• Funcionam dentro do principio básico de atuação de duas 
bobinas – uma móvel interagindo dentro de um campo 
formado por outra bobina fixa, tal como se constroem os 
instrumentos de medida de tensão e corrente conhecidos 
como os de bobina móvel; 
• Na realidade, eles não tem aplicação notável como 
elementos de proteção de circuitos primários, apesar de 
sua grande sensibilidade; 
• Por outro lado, apresentam um custo normalmente 
superior aos demais citados anteriormente. 
Relés 
 
Indução: 
 
• Também conhecidos como secundários; 
• Tendo sido largamente empregados em subestações 
industriais de potência e concessionarias de serviço 
publico, na proteção de equipamentos de grande valor 
econômico. 
Relés 
 
Térmicos: 
 
• Eles são atravessados pela corrente de fase do sistema, 
diretamente ou por meio de transformadores de corrente, 
e, através dos elementos térmicos com características 
semelhantes às características térmicas do equipamento 
que se quer proteger, atuam sobre o circuito de 
alimentação da bobina do disjuntor, desenergizando o 
sistema antes que a temperatura atinja valores acima do 
máximo permitido para aquela maquina em particular. 
Relés 
 
Eletrônicos: 
 
• Fruto do desenvolvimento tecnológico da eletrônica dos 
sistemas de potencia; 
• Na época em que eram fabricados atendiam a todas as 
necessidades de proteção dos sistemas elétricos, 
competindo em preço e desempenho com os modelos 
eletromecânicos, exceto em pequenos sistemas, quando 
se podiam utilizar os reles convencionais de ação direta, 
dispensando-se os transformadores de medida e as 
fontes auxiliares de alimentação. 
Relés 
Digitais: 
 
• É uma proteção baseada em técnicas de 
microprocessadores; 
• Mantem os mesmos princípios das funções de proteção e 
guardam os mesmo requisitos básicos aplicados aos 
reles eletromecânicos ou de indução e aos reles estáticos 
ou eletrônicos; 
• No entanto, os reles digitais oferecem, além das funções 
dos seus antecessores, novas funções aos seus usuários 
adicionado maior velocidade, melhor sensibilidade, 
interfaceamento amigável, acesso remoto, 
armazenamento de informações etc. 
Fusíveis 
• Dispositivos protetores que são utilizados para evitar que, 
em caso de curto-circuito ou sobrecargas um circuito 
venha sofrer danos; 
 
• Seccionamento e proteção que, pela fusão de um ou 
mais de seus componentes, especialmente projetado e 
dimensionado, abre o circuito no qual está inserido e 
interrompe a corrente elétrica quando esta superar um 
dado valor por um dado intervalo de tempo; 
 
• Elo Fusível - é a parte do fusível que inclui o elemento 
fusível e que requer substituição depois da operação e 
antes que o fusível seja posto novamente em serviço. 
 
 
Fusíveis HH 
• Média tensão, consistem basicamente de um tubo de cerâmica 
com terminais, um corpo suporte para o elo de prata enrolado 
nesse corpo; 
 
• Corpo suporte de cerâmica em forma de estrela separa as 
passagens ou estrangulamentos do elo; 
 
• Elementos enrolados dentro das ranhuras não são 
tencionadose impossibilitados de se deslocar por vibração, 
expansão térmica ou qualquer outro efeito mecânico; 
 
• O elo é totalmente envolvido pelo meio de extinção, de forma 
que sempre tem um certo volume de areia para extinguir o 
arco. 
 
Fusíveis – Corrente Crítica 
 
• Todos os fusíveis têm uma faixa de corrente crítica onde 
acontece a maior solicitação térmica, durante o 
desligamento da corrente. As correntes críticas são 
relativamente baixas; 
 
 
• A corrente crítica é definida pela IEC 282 como a corrente 
10ms de tempo de fusão multiplicado pelo fator 3 a 4. 
 
Fusíveis – Corrente Mínima 
• Àquela em que o fusível consegue interromper sem ajuda de 
dispositivos mecânicos. O valor é entre 2 a 3 vezes a corrente 
nominal; 
 
• Em caso de curto-circuito todas as passagens queimam 
instantaneamente, isso não acontece na faixa de sobrecargas 
baixas, devido às tolerâncias na fabricação os e a disposição 
geométrica, queimam sempre passagens antes (geralmente as 
do centro), quais nesse caso devem suportar uma tensão bem 
mais elevada; 
 
• Para evitar que fusíveis operem em correntes mínimas usa-se 
o percussor em combinação com uma seccionadora de carga 
que neste caso trata de interromper a corrente. 
Elos Fusíveis 
• Esses elos são utilizados em chaves fusíveis instaladas 
em cruzetas/postes de redes de distribuição- tensões 
nominais de 1 KV a 36,2 KV; 
 
• Os tipos de elos fusíveis são: 
• H - elos fusíveis de alto surto, com alta temporização para 
correntes elevadas - correntes nominais padronizadas: 1A, 2A, 3A 
e 5A; 
• K - elos fusíveis rápidos - Grupo A: corrente 
nominais padronizadas: 6A, 10A, 15A, 25A, 40A, 65A, 100A, 140A 
e 200A. - Grupo B: 8A, 12A, 20A, 30A, 50A e 80A; 
• T - elos fusíveis lentos - Grupos A e B: correntes 
nominais idênticas as dos tipos K, porem com valores de rapidez 
maiores do que esses 
Fusíveis de alta Tensão 
 
 
• Elementos fusíveis tipo cartucho - geralmente 
são dimensionados para pequenas correntes e utilizados, 
em vários casos, para suprir a ausência do disjuntor no 
circuito 
Informações Importantes 
 
• Corrente nominal do elo fusível; 
 
• Intercambiabilidade elétrica e mecânica de elos fusíveis; 
 
• Coordenação da Proteção; 
 
• Composição (suporte base, isolador, gancho, olhal, porta-
fusível, elo-fusível, argola) 
Identificação do Fusível 
 
• As seguintes informações devem ser marcadas em todos 
os fusíveis, com exceção dos muito pequenos: 
 
• Nome ou marca registrada, pela qual pode ser facilmente 
identificado; 
• Referência de catálogo ou designação de tipo; 
• Tensão e corrente nominal; 
• Faixa de interrupção e categoria de utilização (código de letra), 
quando aplicável; 
• Tipo de corrente e, se aplicável, freqüência nominal. 
Observações Complementares 
 
• Pode ser indicado também a capacidade de ruptura de corrente 
em KA - função da corrente nominal e do valor e tipo da tensão que 
ele será submetido; 
 
• Para o tipo de fusível NH inclui-se também o tamanho físico e 
consequentemente as mesmas características citadas para os tipos 
Diazed/Neozed/Silized; 
 
• Os fusíveis são utilizados em série, ou seja, entre a fase e a carga. 
 
• Exemplo de Normas ABNT aplicável para Elo-Fusível: 
 
• NBR - 5369 - Elos Fusíveis de Distribuição – Especificação. 
• NBR - 8124 - Chaves Fusíveis de Distribuição – Padronização 
Referencias Bibliográficas 
• http://www.fundec.edu.br/tecnico/seguranca_trabalho/trabalhos/1.4.1
%20-%20Para-raios.pdf 
• http://paginas.fe.up.pt/~jrf/aulas0506/sobreintensidade/resumo_sp.pdf 
• http://richardcoleon.files.wordpress.com/2011/12/capc3adtulo-5.pdf 
• MAMEDE, João. Manual de equipamentos elétricos, 1994, 2ª ed, 
LTC, p. 173-218. 
• http://www.energy.siemens.com/br/pt/transmissao-de-
energia/transformadores/transformadores-de-
potencia/transformadores-de-forca.htm 
• http://www.posmci.ufsc.br/teses/fbm.pdf 
• http://www.dee.feis.unesp.br/pos/teses/arquivos/281-
dissertacao_Renzo_Fabian_Espinoza.pdf 
• http://www.braspel.com.br/transformadores-de-potencial-interna-
bps12.html 
• http://www.gardy.ind.br/pdf/85fusivel.pdf