Subestação de Distribuição de Energia Elétrica

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SUBESTAÇÃO DE ENERGIA - SBE
	
	Data da entrega:	08/10/2015
	Professor: Marcos Kurata
	Turma:	L4
	
	
Curso: Tecnologia em Sistemas Elétricos
	Nome do aluno
	Nº do aluno
	Alexandre Issamu Imanishi Hara
	1465678
	Ednaldo Araujo Cruz Correia
	146583x
	Igor Santana da Silva
	1465791
	Nelson Ferrer Franco
	1465821
	Título:
	SUBESTAÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO
Avaliação: 
	
	INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO
	
	INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO
	
	INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO
	
INTRODUÇÃO 
Para que a energia elétrica chegue ao seu destino final (onde será consumida) é necessário percorrer um sistema de transmissão, começando em usinas e passando por subestações, onde ocorre o aumento ou diminuição da tensão.
Ao elevar a tensão, diminuem-se as perdas que ocorrem durante o percurso de transmissão e ao chegar a centros urbanos, essa tensão é rebaixada para a distribuição de energia pela cidade.
Para que essa energia possa ser utilizada é necessário passar por transformadores menores localizados em postes, na qual diminuem a tensão para consumo residencial e comercial.
Esse sistema de transmissão composto de usinas, linhas de transmissão e subestações constituem o Sistema Interligado Nacional (SIN).
Figura 1 – Processo de distribuição da energia elétrica. 
SUBESTAÇÃO
Subestação é um conjunto de condutores, aparelhos e equipamentos na qual modificam as características elétricas (tensão e corrente), controlam o fluxo de potencia e garantem a proteção do sistema elétrico.
A subestação realiza o controle e transferência em um sistema de transmissão, através do direcionamento e controle do fluxo energético, modificação do nível de tensão e como ponto de entrega para consumidores industriais.
No percurso de transmissão entre as usinas e as cidades, há diversas subestações onde ocorre o aumento ou diminuição da tensão. Elevando a tensão no inicio da transmissão diminui as perdas ao longo do percurso, sendo rebaixada ao chegar perto de centros urbanos, assim permitindo a sua distribuição pela cidade.
As subestações podem ser divididas em macro classificações, sendo os quatro principais tipos: 
Switchyard: Conectam geradores a rede elétrica e também fornecem energia em offsite. Tendem a ser grandes instalações.
Subestação do cliente: Possui um cliente em particular como principal fonte de fornecimento de energia. Os requisitos técnicos e tipo de construção variam bastante devido a depender muito dos requisitos do cliente e menos das necessidades dos serviços públicos.
Estação de comutação: Servem como pontos finais de linhas de transmissão provenientes das subestações switchyards. Fornecem energia elétrica para circuitos que alimentam as estações de distribuição, sendo essenciais para a confiabilidade e integridade em longo prazo do sistema elétrico e permitem que grandes blocos possam ser movidos a geradores São instalações estratégicas de alto custo de construção e manutenção.
Subestação de distribuição: Fornecem energia elétrica aos circuitos de distribuição que abastecem diretamente a cientes. Tipo mais comum e localizado perto de centros de carga.
CLASSIFICAÇÃO DAS SUBESTAÇÕES
As subestações são classificadas em:
Nível de tensão;
Relação entre os níveis de tensão de entrada e saída;
Função ao sistema elétrico global;
Tipo de instalação;
Tipo construtivo de equipamentos;
Modalidade de comando.
Nível de Tensão
São classificadas em: Baixa tensão, Media tensão, Alta tensão e Extra Alta tensão.
Baixa tensão: Níveis de tensão de ate 1 kV;
Media tensão: Níveis de tensão entre 1 kV e 34,5 kV, tendo tensão típicas de 6,6 kV; 13,8 kV; 23 kV e 34,5 kV.
Alta tensão: Níveis de tensão entre 34,5 kV e 230 kV. Tensões típicas de 69 kV; 138 kV e 230 kV.
Extra Alta tensão: Níveis de tensão superiores a 230 kV. Tensões típicas de 345 kV; 440 kV; 500 kV e 750 kV.
Relação entre Nível de Tensão de Entrada e Saída
São classificados em: manobra, elevadora e abaixadora.
Subestação de manobra: Interliga circuitos de suprimento em um mesmo nível de tensão, possibilitando a manobra de partes do sistema, inserindo ou retirando-as de serviço.
Subestação elevadora: Localizada na saída de usinas geradoras com o objetivo de elevar a tensão para nível de transmissão e subtransmissão. Ao elevar a tensão, diminui-se a corrente, resultando na diminuição da espessura dos condutores e das perdas.
Subestação abaixadora: Localizada nas periferias dos centros consumidores para diminuir o nível de tensão, evitando inconvenientes para a população, como radio interferência, campos magnéticos intensos e faixas de servidão muito grandes.
Função ao Sistema Elétrico Global
Divididas em: de transmissão, subtransmissão e de distribuição.
Subestação de Transmissão: Subestação que recebe a energia do gerador para elevar a tensão, através de grandes transformadores, para tensões extremamente altas para a transmissão de longa distancia.
Subestação de Subtransmissão: Ligadas as linhas de subtransmissão para o transporte de energia elétrica das subestações de transmissão para as subestações de ramificações.
Subestação de Distribuição: Recebe a energia das linhas de subtransmissão, diminuindo a tensão para o nível de distribuição primaria (13,8 kV – 34,5 kV) e transportando para as redes de distribuição.
Tipo de Instalação 
Classificadas em: externas (céu aberto) ou internas.
Externas (céu aberto): Construídas em locais amplos ao ar livre, necessitando de aparelhos e maquinas próprios para funcionamento em condições atmosféricas adversas (chuva, vento, poluição, etc.). Por haver um maior desgaste nos materiais são necessárias manutenções mais frequentes.
Internas: Construídas em locais abrigados, tendo os equipamentos no interior de construções, assim não estando sujeitos a intempéries. 
Tipo Construtivo de Equipamentos
Classificadas em: convencionais, em cabine metálica ou blindadas.
Convencionais: Instaladas a céu aberto e tem o ar como meio isolante entre os equipamentos, necessitando um grande espaço físico. 
Cabine metálica ou Blindada: Utilizado como meio isolante o gás hexafluoreto de enxofre (SF6) em ambiente fechado e blindado, permitindo compactar a instalação.
Modalidade de Comando
Classificadas em: com operador, semiautomatizadas e automatizadas.
Com operador: Exigem funcionários com alto nível de treinamento e computadores para a supervisão e operação.
Semiautomatizadas: Possuem computadores ou intertravamentos eletromecânicos para impedir qualquer operação indevida por parte do operador.
Automatizadas: Comandadas a distancia por computadores (telecomandadas).
EQUIPAMENTOS DE UMA SUBESTAÇÃO
Os equipamentos que se destacam em uma subestação são os disjuntores, chaves secionadoras, transformadores, Controladores Lógicos Programáveis (CLP), resistores de aterramento, relés e Para-raios.
Transformadores de Corrente
Os transformadores de corrente são utilizados para os serviços de medição e proteção, tendo como principais funções as de: 
Alimentar os sistemas de proteção e medição com valores proporcionais, respeitando os limites de isolamento dos equipamentos.
Compatibilizar isolamento e segurança entre o circuito de alta tensão que estão sendo medidos e os instrumentos da subestação.
A corrente primaria nominal deve considerar a corrente máxima do circuito em que o transformador está presente e os valores de curto-circuito do sistema. E seu valor de corrente secundaria nominal é padronizada em 5 A.
Transformador de Potencial
São utilizados para possibilitar a medição de tensão superior a 600 V. Eles fornecem uma tensão proporcional aos circuitos de alta tensão para os medidores. 
A sua tensão primaria nominalvai ser a mesma do circuito ao qual esta ligado e seu secundário é padronizado em 115 V ou 115/√3 V. 
Devem ter as seguintes características:
Erro mínimo na relação e transformação e no ângulo de fase;
Isolar o circuito de baixa tensão do circuito de alta tensão;
Reproduzir os efeitos transitórios e de regime do circuito de alta tensão para o circuito de baixa o mais fielmente possível.
Seccionadores 
Dispositivos que fecham, abrem ou transferem as ligações de um circuito e somente devem acontecer após a abertura do circuito por outro dispositivo, como o disjuntor.
Devem atender os requisitos de manobras que são:
Quando fechada não deve oferecer resistência à corrente que circula;
Quando aberta deve suportar com segurança as tensões que se estabelecem;
Todas as partes que possam ficar em sobtensão devem ser isoladas;
Somente operam em circuitos sem passagem de corrente.
A sua função mais comum é a de seccionamento de circuitos por necessidade operativa ou por necessidade de isolar componentes do sistema para realizar manutenção.
Disjuntores 
São os principais dispositivos de segurança da subestação, sendo capazes de conduzir, interromper e estabelecer correntes especificadas dos sistemas. São utilizados para controlar circuitos, ligando e desligando em qualquer situação e proporcionando uma supervisão automática do sistema.
Devem sempre ser instalados acompanhados por relés, que são responsáveis pela detecção de corrente do circuito, tomando a decisão de acionar ou não o disjuntor.
O disjuntor sem o relé torna-se apenas uma chave de manobra, sem nenhuma característica de proteção.
Algumas das principais funções de um disjuntor são:
Interromper rápido e sucessivamente a corrente de curti circuito;
Suportar a tensão do circuito em que está instalado com os contatos abertos;
Suportar os efeitos do arco elétrico, os efeitos eletromagnéticos e mecânicos do primeiro meio ciclo da corrente de curto circuito e os efeitos térmicos da corrente estabelecida (corrente suportável nominal de curta duração);
Abrir em tempos curtos mesmo estando na posição fechado por vários meses.
Para-raios
Equipamento de proteção utilizado para limitar valores dos surtos de tensão transiente que poderiam causar danos aos equipamentos.
São localizados nas entradas de linha, saídas de linhas, nas extremidades de algumas barras de media tensão e nos transformadores de distribuição.
Resistores de Aterramento
Possui o objetivo de limitar a corrente de curto-circuito, sendo colocado entre o neutro e a terra.
Em geradores, o neutro é aterrado através de resistores ou bobinas de indutância. Transformadores em sistemas de transmissão acima de 70 kV, os neutros são solidamente aterrado e quando for abaixo desse valor, são ligados diretamente a terra ou através de resistências ou reatâncias indutivas.
Em subestações industriais, quando o secundário do transformador for de baixa tensão, o neutro é solidamente aterrado e quando for em media tensão (2,4 a 15 kV), o neutro é aterrado através de resistores de aterramento.
Relés 
Dispositivos responsáveis pelo gerenciamento e monitoramento das grandezas elétricas do circuito, sendo projetados para sentir perturbações e automaticamente executar ações de controle sobre dispositivos de disjunção com a finalidade de proteger pessoas e os equipamentos.
A função principal é a de enviar um sinal de disparo para uma bobina de abertura ou de mínima tensão dos disjuntores associados.
Eles atuam a partir de comparações de dados medidos com valores pré-ajustados no próprio relé. Recebem sinais de tensão e corrente através de transformadores de instrumentos (TP e TC) e caso identifiquem alguma anormalidade com os valores pré-ajustados, enviam comandos de abertura para disjuntores, isolando a parte do sistema sob falta.
Fusível
Componente para proteção de sobrecorrente. São relativamente baratos e isentos de manutenção, assim sendo utilizados por muitas concessionarias de distribuição para a proteção de transformadores e ramais de alimentadores laterais.
Sua principal função é de operar mediante faltas permanentes, isolando (seccionar) a seção faltosa. 
Consiste de filamento ou lamina de um metal ou liga metálica de baixo ponto de fusão que se funde por efeito Joule quando a corrente elétrica aumenta devido a um curto-circuito ou sobrecarga.
As principais características dos fusíveis são:
Corrente nominal: Corrente suportada continuamente sem interromper. Esse valor é marcado no corpo do fusível.
Corrente de curto-circuito: Corrente máxima que deve circular no circuito e deve ser interrompida instantaneamente. 
Capacidade de ruptura (kA): Valor de corrente que o fusível é capaz de interromper com segurança e não depende da tensão nominal da instalação.
Tensão nominal: Tensão na qual foi construído.
Resistencia de contato: Valor de resistência entre o contato da base e o fusível. 
Muflas
Dispositivo isolante para restabelecer as condições de isolação de um condutor quando conectado a outro condutor, equipamento elétrico ou barramento.
Elas podem ser singelas, para cabos unipolares, ou trifásicas para cabos tripolares.
Podem ser classificadas em uso interno ou uso externo, sendo a primeira para espaços confinados onde o conjunto cabo-terminação não fica exposto às condições intempericas. Já as de uso externo são para ambientes onde há a exposição de radiação ultravioleta, chuva, nevoa salina, poeira, etc.
BIBLIOGRAFIA
MUZY, Gustavo Luiz Castro de Oliveira. Subestações Elétricas. 2012. 108 f. Projeto de Graduação (Graduação em Engenharia Elétrica), Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de janeiro.
ALVES, Helton do Nascimento. Sistemas de Energia Elétrica. 2007. Centro Federal de Educação Tecnológica do Maranhão – Departamento de Eletroeletrônica, São Luis.
LEÃO, Ruth. Distribuição de Energia Elétrica. Capitulo 4. Universidade Federal do Ceará – Cetro de Tecnologia – Departamento de Engenharia Elétrica, Fortaleza.
DÁVI, Giovani Almeida. Metodologia para Avaliação e Qualificação de Terminações Poliméricas de Cabos Isolados de Media Tensão. 2008. 73 f. Projeto de Graduação (Graduação em Engenharia Elétrica), Universidade Federal do Paraná, Curitiba.