Sistemas Elétricos e Subestações

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APOSTILA DE REVISÃO TÉCNICA
Subestações
Sistemas, equipamentos, proteção e projeto
Tema 1
Sistemas Elétricos, SIN e Subestações
Da geração ao consumidor: estrutura, operação interligada e tipos de subestação
Pergunta-guia
Como a energia é produzida, transportada, controlada e transformada com continuidade, qualidade e segurança?
Ao final, você deverá ser capaz de
Interpretar a cadeia do SEP, explicar a função do SIN e do ONS, reconhecer níveis de tensão e classificar subestações
por função, instalação e tecnologia.
Engenharia Elétrica — material construído a partir do conteúdo da disciplina e complementado para estudo.
Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
Mapa do tema
Este tema situa a subestação dentro do sistema elétrico completo. A sequência de estudo é:
Geração Transmissão Subestação Distribuição e consumo
Módulo
Núcleo do conteúdo Competência de engenharia
1
estrutura do SEP, tensões, perdas,
CA/CC e diagramas
justificar níveis de tensão e ler a representação do sistema.
2
SIN, intercâmbios, ONS e progra-
mação da operação
compreender por que geração e transmissão são coordenadas
nacionalmente.
3
funções e classificações das
subestações
selecionar conceitualmente a solução compatível com a apli-
cação.
Leitura intuitiva
A subestação não é apenas um conjunto de transformadores. Ela é um nó do SEP: recebe circuitos, modifica níveis
de tensão, secciona, protege, mede, controla e permite reconfigurar o fluxo de energia.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
MÓDULO 1
Introdução aos Sistemas Elétricos de Potência
Questão central
Por que a energia é gerada em um nível de tensão, transmitida em outro e utilizada em vários
níveis diferentes?
Resultado esperado
Relacionar potência, corrente, perdas e queda de tensão; distinguir geração, transmissão, dis-
tribuição e consumo.
1. Visão geral
O Sistema Elétrico de Potência (SEP) reúne instalações e equipamentos destinados à geração, transmissão, distribuição e
utilização da energia elétrica. Deve atender à carga no instante solicitado, mantendo continuidade, conformidade da tensão
e frequência, segurança, flexibilidade operativa e possibilidade de recomposição após faltas.
O desenvolvimento da corrente alternada polifásica e do transformador viabilizou elevar a tensão para transmitir grandes
potências com corrente menor. A transmissão em corrente contínua de alta tensão (HVDC) voltou a ser competitiva com
o desenvolvimento dos conversores, especialmente em enlaces longos, cabos submarinos e interligações assíncronas.
2. Conceitos fundamentais
SEP
Definição técnica: Conjunto interdependente de fontes, linhas, subestações, sistemas de proteção, controle e cargas.
Em termos simples: É a cadeia física que leva energia da fonte ao ponto de uso. Uma falha local pode alterar fluxos
em diversas partes da rede.
Carga e demanda
Definição técnica: Carga é o equipamento ou conjunto que absorve potência. Demanda é a potência solicitada
durante um intervalo definido.
Em termos simples: Potência instalada é o máximo teórico; demanda é o que provavelmente funcionará ao mesmo
tempo.
Continuidade e conformidade
Definição técnica: Continuidade trata da disponibilidade do serviço; conformidade trata da manutenção das grandezas
dentro dos padrões.
Em termos simples: Ter energia disponível não basta: tensão, frequência e qualidade também precisam ser adequadas.
Consumidor cativo e consumidor livre
Definição técnica: O cativo compra energia da distribuidora segundo regras tarifárias; o consumidor livre negocia
energia no ambiente permitido, mantendo o uso físico das redes.
Em termos simples: O contrato de energia e o caminho elétrico são assuntos relacionados, mas não idênticos.
3. Funcionamento
1. A fonte primária é convertida em energia elétrica pelo gerador, usualmente em tensões da ordem de unidades ou dezenas
de quilovolts.
2. Um transformador elevador aumenta a tensão e reduz a corrente necessária para transmitir a mesma potência.
3. Linhas de transmissão transportam grandes blocos de potência; subestações de transmissão seccionam, protegem e
interligam circuitos.
4. Subestações abaixadoras transferem a energia para subtransmissão e distribuição.
5. Transformadores de distribuição reduzem a tensão para uso industrial, comercial ou residencial.
6. Proteção, supervisão, telecomunicações e controle mantêm o sistema dentro dos limites e isolam defeitos.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
Gerador
6,9–30 kV SE elevadora
Transmissão
AT/EAT SE abaixadora
Distribuição
consumidores
4. Equações e relações matemáticas
Potência, corrente e perdas
Para sistema trifásico equilibrado:
P =
√
3VLIL cosφ, IL =
P√
3VL cosφ
Perda ôhmica nos três condutores:
PJ = 3RI2L
P em W, VL em V, IL em A, R em Ω por fase. Para potência e fator de potência fixos, elevar VL reduz IL e as
perdas variam aproximadamente com 1/V 2
L .
Exemplo resolvido — efeito da elevação da tensão
Transmitir P = 100MW, cosφ = 1, com R = 5Ω por fase.
I138 =
100× 106√
3(138× 103)
= 418,4A
I500 = 115,5A
As perdas são 3RI2: aproximadamente 2,63MW em 138 kV e 0,20MW em 500 kV. O exemplo ignora reatância,
capacitância e limites de isolamento, mas evidencia a razão física da alta tensão.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
Elemento Função Observação técnica
Gerador converte energia mecânica em
elétrica
controla potência ativa e, dentro de limites, tensão/reativos.
Transformador altera tensão e corrente sem al-
terar frequência
proporciona isolamento galvânico nos modelos convencionais.
Linha/cabo transporta energia possui resistência, indutância, capacitância e limites térmi-
co/dielétrico.
Subestação transforma, manobra, protege,
mede e controla
sua topologia define flexibilidade e confiabilidade.
Compensação fornece ou absorve potência
reativa
capacitores, reatores e compensadores sustentam tensão e fa-
tor de potência.
Níveis citados no material-base: geração tipicamente entre 6,9 e 30 kV; rede básica e subtransmissão com exemplos em
750, 500, 230, 138 e 69 kV; distribuição primária com exemplos em 34,5, 13,8 e 11,9 kV. A lista é didática, não exaustiva:
tensões existentes e padronizadas dependem da rede e do agente.
6. Aplicação prática
Problema: transportar grande potência de uma usina distante. Solução: elevar a tensão na saída, usar transmissão
AT/EAT e reduzir progressivamente a tensão próximo às cargas. Funcionamento: a corrente menor reduz aquecimento
e queda de tensão; transformadores e subestações adequam os níveis. Resultado: menor perda técnica e condutores
economicamente viáveis.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
7. Exemplo de engenharia
Uma fábrica demanda 8 MVA e seria atendida por um alimentador longo. O engenheiro compara atendimento em 13,8 kV e
34,5 kV. Para o mesmo fator de potência, a corrente em 34,5 kV é 40% da corrente em 13,8 kV; a perda I2R cai para cerca
de 16%, antes de considerar custos adicionais de isolamento e equipamentos. A escolha final exige estudo técnico-econômico
e padrão da distribuidora.
8. Pontos críticos e cuidados
• Não confundir potência instalada, demanda, energia (kWh) e potência (kW/kVA).
• A elevação da tensão reduz corrente, mas aumenta requisitos de isolação, afastamentos, proteção e custo dos equipa-
mentos.
• TUST e TUSD remuneram o uso das redes; não são perdas elétricas.
• O diagrama unifilar representa um sistema trifásico por uma linha; não significa circuito monofásico.
• Valores de tensão dependem da classe do sistema e do padrão da concessionária.
9. Relação com outros assuntos
O módulo conecta circuitos trifásicos, máquinas elétricas, transformadores, fluxo de potência, proteção, qualidade de energia
e análise econômica de sistemas.
10. Complementos técnicos
Complemento técnico
CA versus HVDC. A CA facilita transformação e conexão em malha. HVDC exige estações conversoras, porém
permite controle preciso do fluxo, não transporta potênciatodos os valores nominais nem subestimar o pico.
7. Exemplo de engenharia
Considere DP1 = 35 kVA, DP2 = 12 kVA, DP3 = 28 kVA, DP5 = 58,15 kVA, DP6 = 80 kVA e DP7 = 10 kVA:
DT = 223,15 kVA.
Um transformador de 225 kVA ficaria praticamente no limite antes de crescimento, temperatura e harmônicos. A solução
pode ser 300 kVA ou rearranjo de operação, após avaliar perdas, expansão, curto e padrão de potência da distribuidora.
8. Pontos críticos e cuidados
• Não aplicar fator de demanda duas vezes ao mesmo conjunto.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
• Equipamento reserva só é excluído se a simultaneidade for fisicamente ou operacionalmente impedida.
• Cargas não lineares exigem avaliação de harmônicos, neutro e aquecimento do transformador.
• Partida de motores pode governar queda de tensão mesmo quando a demanda permanente é aceitável.
• A demanda contratada, a demanda de projeto e a demanda medida não são necessariamente iguais.
Ponto crítico
Observação técnica. O material-base apresenta 76 kVA em um trecho e 100 kVA em uma questão para o limite de
medição direta. Esses valores não devem ser generalizados e a própria inconsistência exige atenção. O limite válido
depende da regulamentação vigente da distribuidora, da tensão e do tipo de atendimento. Para projeto, consultar a
norma local atual e registrar a edição utilizada.
9. Relação com outros assuntos
Relaciona-se a fator de potência, tarifas, partidas de motores, harmônicos, coordenação de proteção, queda de tensão e
planejamento de expansão.
10. Complementos técnicos
Complemento técnico
Perfil de carga. Quando dados horários existem, curvas de demanda e fator de carga são superiores a uma estimativa
puramente tabular. Simulação por cenários — operação normal, pico, emergência e expansão — evidencia quais
cargas realmente coincidem e quais intertravamentos precisam ser documentados.
11. Para memorizar
Para memorizar
• Cinst =
∑
niSi; demanda considera simultaneidade e regime.
• Grupos do material: CP1 a CP7; demandas parciais DP1 a DP7.
• DT =
∑
DPk, respeitando fórmulas e faixas da distribuidora.
• Demanda de motores/CP6 não deve ficar abaixo da maior carga individual possível.
• Limites de fornecimento e medição são locais e devem ser verificados na versão vigente.
12. Resumo final do módulo
Revisão de 60 segundos
Dimensionar demanda exige conhecer o processo, não apenas preencher uma tabela. As cargas são agrupadas, os
fatores são aplicados uma única vez e o resultado é confrontado com pisos físicos e cenários de operação. Reser-
vas, partidas, harmônicos e crescimento precisam estar explícitos. Regras de atendimento e medição pertencem à
distribuidora local e não podem ser universalizadas.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
MÓDULO 3
Transformadores de potência e transformadores para instrumentos
Questão central
Como transformar grandes níveis de energia e fornecer sinais seguros e fiéis para medição e
proteção?
Resultado esperado
Interpretar construção, refrigeração e acessórios de transformadores, além de relações, cargas e
segurança de TC e TP.
1. Visão geral
Transformadores de potência transferem energia entre níveis de tensão. Transformadores para instrumentos reproduzem
tensão ou corrente em escala reduzida e isolada para medidores e relés. O TC trabalha aproximadamente como fonte de
corrente; o TP, como fonte de tensão. Essa diferença determina cuidados críticos: secundário de TC não deve ficar aberto
em serviço e secundário de TP não deve ser curto-circuitado.
2. Conceitos fundamentais
Tap changer
Definição técnica: Dispositivo que altera o número efetivo de espiras para regular a tensão.
Em termos simples: DETC opera desenergizado; OLTC muda tap sob carga usando transições que evitam interromper
corrente ou curto-circuitar espiras.
Refrigeração
Definição técnica: Combinação de circulação do fluido interno e do meio externo: natural ou forçada.
Em termos simples: ONAN usa óleo e ar naturais; ONAF mantém óleo natural e força o ar nos radiadores.
TC de medição e de proteção
Definição técnica: O de medição privilegia exatidão na faixa normal e pode saturar para proteger instrumentos; o de
proteção deve reproduzir faltas dentro de sua classe.
Em termos simples: Usar o mesmo núcleo sem verificar classe pode comprometer faturamento ou atuação do relé.
Carga secundária (burden)
Definição técnica: Impedância/potência aparente total conectada ao secundário, incluindo cabos e instrumentos.
Em termos simples: Carga excessiva aumenta erro e pode antecipar saturação do TC ou queda no TP.
3. Funcionamento
No transformador de potência, núcleo conduz fluxo; enrolamentos são isolados e suportados mecanicamente; tanque contém
o conjunto; radiadores dissipam calor; conservador acomoda dilatação do óleo; sílica-gel seca o ar admitido; Buchholz detecta
formação de gás/fluxo em unidades com conservador; termômetros e imagens térmicas supervisionam temperatura.
As designações de refrigeração citadas no estudo são: AN/AF para transformadores secos com ar natural/forçado; ONAN
(óleo natural, ar natural); ONAF (óleo natural, ar forçado); OFAN (óleo forçado, ar natural) e OFAF (óleo forçado, ar
forçado). Cada estágio possui potência e limites térmicos próprios.
No TC, a corrente primária estabelece fluxo que produz corrente secundária aproximadamente proporcional. Abrir o se-
cundário remove a força magnetomotriz de compensação e pode gerar sobretensão perigosa. No TP, a tensão secundária é
proporcional à primária; um curto exige fusível/proteção porque produz corrente elevada.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
4. Equações e relações matemáticas
Relações nominais
RTC =
I1N
I2N
, I2 ≈ I1
RTC
RTP =
V1N
V2N
, V2 ≈ V1
RTP
Secundários de TC usuais são 5 A ou 1 A. TPs podem utilizar 115 V, 115/
√
3 V ou outros valores normalizados
conforme aplicação.
Carga secundária
Sb = I22 |Zb| (TC), Sb =
V 2
2
|Zb|
(TP)
Somam-se cabos, bornes, medidores e relés. Para TC com cabo de ida e volta, Rcab = 2ρℓ/A quando os condutores
percorrem a mesma distância ℓ.
Exemplo resolvido — TC e queda nos cabos
TC 600/5 A alimenta carga de 0,20Ω e cabos com 0,12Ω de laço. Em corrente nominal:
Sb = 52(0,20 + 0,12) = 8VA.
Um TC de carga nominal 5 VA estaria sobrecarregado; um de 10 VA pode atender, desde que classe de exatidão e
desempenho de proteção também sejam verificados.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
Elemento Função Observação
Núcleo/enrolamentos acoplamento magnético e
transformação
isolamento e forças de curto governam construção.
Tanque/radiador contenção e dissipação de
calor
estanqueidade, corrosão e circulação do fluido.
Conservador/Buchholz expansão do óleo e de-
tecção de gás/fluxo
aplicável a configurações com conservador.
Bucha passagem isolada do con-
dutor
porcelana, papel/resina e materiais compostos existem con-
forme tecnologia.
TC barra/enrolado/-
janela
diferentes construções do
primário
janela usa o próprio condutor; núcleo partido facilita retrofit.
TP indutivo/capacitivo redução de tensão para
medição/proteção
classe, carga e fenômenos transitórios devem ser considerados.
Quanto à construção, o material distingue TC tipo barra, com primário integrado em forma de barra; TC tipo enrolado,
com primário e secundário bobinados; TC tipo janela, atravessado pelo próprio condutor; e TC de núcleo partido, que
facilita instalação sem desconectar o circuito primário.
6. Aplicação prática
Problema: relé de sobrecorrente fica distante do TC. Solução: calcular resistência dos cabos e burden total; selecionar
seção, secundário 1 A ou TC adequado. Funcionamento: reduzir corrente secundária reduz perdas I2R e tensão exigida
do TC. Resultado: sinal dentro da classe e menor risco de saturação.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
7. Exemplo de engenharia
Para corrente primária máxima contínua de 420A, um TC 400/5 ficaria acima da nominal; 500/5 oferece margem. Porém a
relação maior reduz a corrente secundária para a mesma falta e pode diminuir sensibilidade. O engenheiro verifica corrente
de carga, curto mínimo/máximo, classe de proteção, ponto de joelho, burden, relação e faixa do relé antes de decidir.
8. Pontos críticos e cuidados
• Nunca abrir secundário de TC energizado; curto-circuitar em borne apropriado antes da intervenção.
• Proteger secundário de TP contra curto e aterrar um ponto conforme esquema.
• Paralelismo de transformadores exige relação/taps, polaridade, sequência, grupo vetorial e impedâncias compatíveis.
• OLTC possui mecanismo e óleo sujeitos a desgaste e manutenção próprios.
• Classe de exatidão sem burden e faixa de corrente/tensão é informação incompleta.
Ponto crítico
Observações técnicas sobre o material. (1) O texto afirma que buchas são fabricadas somente em porcelana;
atualmente também existem buchas em resina, papel impregnado e invólucros compostos, conforme classe e projeto.
(2) O texto apresenta 5 A como saída do TC; 1 A também é amplamente utilizado. (3) A referência “NBR 6856/92”
é antiga; classes e designações devem ser conferidas na edição vigente da norma aplicável e na documentação do
fabricante.
O material-base lista classes históricas 0,1; 0,3; 0,6; 1,2 e 3,0 para diferentes finalidades. Elas devem ser entendidas
como conteúdo do documento original, não como tabela automaticamente válida para um projeto atual.
9. Relação com outros assuntos
Relaciona-se a proteção diferencial e de sobrecorrente, faturamento, qualidade da medição, saturação magnética, curto-
circuito, regulação e manutenção preditiva.
10. Complementos técnicos
Complemento técnico
Saturação do TC. Durante faltas assimétricas, componente contínua e fluxo remanente podem saturar o núcleo. A
corrente secundária fica deformada e menor que a ideal, atrasando ou impedindo funções de proteção. Relação, classe,
burden, ponto de joelho e tempo de remanência devem ser compatíveis com o relé e a corrente de falta.
11. Para memorizar
Para memorizar
• Transformador de potência: núcleo, enrolamentos, tanque, refrigeração, buchas, taps e proteções.
• ONAN: óleo natural/ar natural; ONAF: óleo natural/ar forçado.
• TC: nunca abrir o secundário em serviço; saídas usuais 5 A ou 1 A.
• TP: nunca curto-circuitar o secundário; tensão reduzida usualmente normalizada.
• Relação, classe e burden devem ser avaliados em conjunto.
12. Resumo final do módulo
Revisão de 60 segundos
Transformadores de potência são sistemas eletromagnéticos, térmicos, dielétricos e mecânicos. Taps regulam tensão e
os métodos de refrigeração definem capacidade. TC e TP isolam e reduzem grandezas, mas possuem comportamentos
opostos diante de circuito aberto/curto. A especificação correta exige relação, classe, burden, saturação e aplicação
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
de medição ou proteção.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
Fechamento do Tema 4
Etapa
Pergunta de verificação
Conexão
qual tensão, ponto de entrega e padrão vigente da distribuidora?
Demanda
quais cargas podem coincidir e quais são realmente reservas?
Transformação
potência, taps, impedância, perdas e refrigeração atendem aos cenários?
Medição/proteção
TC/TP têm relação, classe e burden compatíveis?
Segurança
curto, arco, terra, acessos e procedimentos foram integrados ao projeto?
Matriz de cobertura do material-base
Mód.
Conteúdo original Onde foi incorporado
1
SE ≥ 69 kV, vãos, redundância, comutadores, TC/TP visão geral, funcionamento e exemplo.
1
SEreativa na linha e pode ser vantajosa em longas distâncias
ou cabos. A decisão depende do comprimento, potência, perdas, estabilidade e custo terminal.
11. Para memorizar
Para memorizar
• Cadeia do SEP: geração → transmissão → subestações → distribuição → consumo.
• P =
√
3VLIL cosφ e PJ = 3RI2L para sistema trifásico equilibrado.
• Elevar tensão reduz corrente e perdas, mas exige maior isolamento.
• Subestação transforma, secciona, protege, mede, controla e interliga.
• Unifilar resume as três fases; multifilar explicita os condutores.
12. Resumo final do módulo
Revisão de 60 segundos
O SEP entrega energia com continuidade e conformidade. A alta tensão reduz a corrente necessária para uma
potência dada e, portanto, as perdas ôhmicas. Geradores, transformadores, linhas, subestações e cargas formam um
sistema interdependente. CA e HVDC têm campos de aplicação próprios, e a leitura de diagramas é essencial para
compreender a topologia.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
MÓDULO 2
Sistema Interligado Nacional e operação coordenada
Questão central
Por que não basta cada usina gerar isoladamente a potência de sua região?
Resultado esperado
Explicar intercâmbios, complementaridade das fontes e a função do ONS na programação e
operação do SIN.
1. Visão geral
O Sistema Interligado Nacional (SIN) conecta a maior parte da geração e das cargas brasileiras por uma extensa rede
de transmissão. A interligação permite compartilhar reservas, aproveitar complementaridades hidrológicas e energéticas e
despachar recursos segundo segurança, restrições elétricas e custo. Sistemas isolados permanecem onde a conexão ao SIN
não é técnica ou economicamente disponível.
2. Conceitos fundamentais
Interligação
Definição técnica: Operação coordenada de subsistemas e agentes conectados eletricamente.
Em termos simples: Uma região pode exportar energia quando dispõe de excedente e importar quando enfrenta
déficit.
Despacho
Definição técnica: Definição das unidades geradoras e dos níveis de produção necessários para atender carga e
restrições.
Em termos simples: Não é simplesmente escolher a usina mais barata; limites elétricos, hidráulicos, ambientais e de
segurança também contam.
Reserva operativa
Definição técnica: Capacidade disponível para responder a desvios de carga, perdas de geração ou contingências.
Em termos simples: É a margem que evita operar o sistema no limite absoluto.
Programa Mensal e programação diária
Definição técnica: Horizontes coordenados que produzem diretrizes e detalham a operação esperada.
Em termos simples: O mensal define estratégia; o diário ajusta essa estratégia às condições previstas para o dia
seguinte.
3. Funcionamento
1. Agentes informam disponibilidade de unidades, restrições, indisponibilidades e limites de equipamentos.
2. São consideradas previsões de carga, afluências, vento, irradiância, temperatura e intercâmbios.
3. O planejamento mensal estabelece políticas energéticas e metas semanais/patamares de carga.
4. A programação diária detalha geração, intercâmbios e restrições para intervalos menores.
5. A operação em tempo real corrige desvios e atua diante de contingências.
Dados dos
agentes
Previsões
e restrições
Otimização
e segurança
Programa
operativo
Operação em
tempo real
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
4. Equações e relações matemáticas
Balanço instantâneo de potência ativa
∑
PG −
∑
PC − Pperdas =
dEarmazenada
dt
Em regime quase estacionário, a variação da energia eletromecânica armazenada é pequena e geração deve acompanhar
carga mais perdas. Um desequilíbrio persistente aparece como desvio de frequência.
Critério simplificado de despacho
min
∑
i
Ci(Pi)
sujeito a
∑
Pi = PD + Pperdas, Pmin
i ≤ Pi ≤ Pmax
i e restrições de rede, reserva, rampa, hidráulicas e ambientais.
O modelo real é temporal, não linear e muito mais abrangente.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
Agente/recurso Papel Limitação relevante
Hidrelétrica flexibilidade e armazenamento em
reservatórios
hidrologia, usos múltiplos da água e valor futuro.
Termelétrica geração controlável e segurança
em períodos críticos
combustível, emissões, custo e rampas.
Eólica/solar energia renovável de baixo custo
marginal
variabilidade e incerteza meteorológica.
Transmissão intercâmbio entre regiões limites térmicos, tensão, estabilidade e contingências.
ONS coordenação eletroenergética do
SIN
opera segundo procedimentos, dados e responsabilidades dos
agentes.
6. Aplicação prática
Problema: estiagem reduz a energia armazenada em determinada região. Solução: reprogramar geração hidráulica, térmica
e intercâmbios. Funcionamento: o despacho respeita limites das linhas e mantém reserva. Resultado: atendimento da
carga com menor risco sistêmico e uso coordenado dos recursos.
7. Exemplo de engenharia
Uma linha de intercâmbio pode transportar no máximo 1.000 MW e a região importadora apresenta déficit previsto de 1.250
MW. Mesmo havendo geração barata excedente em outra região, 250 MW precisam ser atendidos localmente, reduzidos
por resposta da demanda ou supridos por outra rota. O gargalo de transmissão altera o despacho econômico.
8. Pontos críticos e cuidados
• Capacidade instalada não equivale à energia efetivamente disponível em cada instante.
• O menor custo imediato pode comprometer segurança ou disponibilidade futura de água.
• Dados de geração e extensão de linhas envelhecem; use bases atuais do ONS/EPE para trabalhos quantitativos.
• Interligações transferem energia, mas também propagam perturbações; proteção e estabilidade são sistêmicas.
• Frequência é indicador do balanço de potência ativa; tensão está fortemente ligada ao balanço reativo local.
9. Relação com outros assuntos
Relaciona-se a fluxo de potência, estabilidade, previsão de carga, mercados de energia, controle geração-carga, proteção
sistêmica e telecomunicações de tempo real.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
10. Complementos técnicos
Complemento técnico
O processo atual do ONS combina critérios energéticos e elétricos, disponibilidade de equipamentos, previsão de
demanda e restrições locais. A programação diária deriva das diretrizes mensais, mas é atualizada pelas condições
mais recentes e serve de referência para a operação em tempo real.
11. Para memorizar
Para memorizar
• O SIN permite intercâmbio, compartilhamento de reservas e complementaridade entre fontes/regiões.
• ONS coordena programação e operação; agentes fornecem dados e cumprem responsabilidades.
• Geração deve equilibrar carga e perdas; desequilíbrio afeta frequência.
• PMO: horizonte mensal com etapas semanais; programação diária detalha o dia seguinte.
• Despacho considera custo, segurança e restrições elétricas, energéticas, ambientais e operativas.
12. Resumo final do módulo
Revisão de 60 segundos
A operação interligada aproveita diversidade de fontes e regiões, mas exige coordenação centralizada e respeito
aos limites da rede. O planejamento mensal orienta o uso energético; a programação diária incorpora informações
atualizadas; a operação em tempo real corrige desvios. Segurança e atendimento da carga prevalecem sobre uma
visão simplista de menor custo.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
MÓDULO 3
Classificação e função das subestações
Questão central
Como reconhecer o tipo de subestação e sua posição no processo de entrega de energia?
Resultado esperado
Classificar subestações por função, nível de tensão, instalação, tecnologia e forma de operação.
1. Visão geral
Subestações são pontos de transformação e manobra que conectam trechos do SEP. Podem elevar ou reduzir tensão,
interligar circuitos no mesmo nível, converter CA/CC, compensar reativos, seccionar faltas e concentrar medição, proteção
e controle. A classificação correta indica requisitos de equipamento, isolamento, arranjo, segurança e manutenção.
2. Conceitos fundamentais
Elevadora e abaixadoraDefinição técnica: A elevadora aumenta a tensão, tipicamente junto à geração; a abaixadora reduz a tensão em
transmissão, subtransmissão ou distribuição.
Em termos simples: A direção do fluxo não muda o princípio do transformador, mas define a função predominante
da instalação.
Seccionadora/interligadora
Definição técnica: Conecta ou separa linhas e barras sem necessariamente mudar o nível de tensão.
Em termos simples: Permite reconfigurar a rede e transferir circuitos entre barramentos.
Abrigada e desabrigada
Definição técnica: Abrigada utiliza edificação/cubículos; desabrigada fica ao tempo com equipamentos próprios para
o ambiente.
Em termos simples: A escolha afeta área, construção civil, manutenção, poluição e exposição climática.
AIS e GIS
Definição técnica: AIS usa ar como isolamento externo; GIS encapsula condutores e equipamentos em gás isolante.
Em termos simples: AIS ocupa mais área e facilita inspeção visual; GIS é compacta e tem maior custo/especialização.
3. Funcionamento
No processo típico, uma SE elevadora recebe a geração; subestações de transmissão interligam linhas e reduzem para
subtransmissão; subestações de distribuição alimentam redes primárias; unidades consumidoras de maior porte recebem
média ou alta tensão e possuem sua própria transformação, medição e proteção.
Critério Classes usuais Pergunta de seleção
Função elevadora, abaixadora, manobra,
conversora
qual transformação ou conexão será realizada?
Instalação interna/abrigada, exter-
na/desabrigada
quais condições ambientais e de espaço existem?
Tecnologia AIS, GIS, híbrida ar, gás ou combinação será o meio principal de isolamento?
Operação assistida, semiautomática, au-
tomatizada
qual nível de supervisão e telecomando é requerido?
Aplicação transmissão, distribuição, indus-
trial/consumidor
a quem e em qual nível a instalação atende?
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
4. Equações e relações matemáticas
Relação de transformação ideal
V1
V2
=
N1
N2
= a,
I1
I2
=
N2
N1
=
1
a
V em V, I em A, N número de espiras. Na prática, impedância interna e regulação produzem queda de tensão.
Tensão em por unidade
Vpu =
V
Vbase
Uma leitura de 1,05 pu representa 105% da tensão-base. O sistema por unidade permite comparar grandezas em
diferentes níveis após os transformadores.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
• Pátio/cubículos: alojam vãos de linha, transformação, acoplamento, medição e alimentação.
• Barramentos: nós condutores que recebem e distribuem circuitos.
• Transformadores: adequam níveis e podem regular tensão por derivações.
• Disjuntores e seccionadoras: interrompem corrente de carga/falta e proporcionam isolamento visível conforme a
função.
• TC, TP, relés e automação: convertem grandezas, detectam defeitos, comandam abertura e registram eventos.
6. Aplicação prática
Problema: alimentar um centro urbano com pouca área disponível e alta exigência de continuidade. Solução: comparar
AIS, GIS e solução híbrida. Funcionamento: GIS reduz distâncias de isolamento e encapsula partes vivas. Resultado:
menor ocupação e menor exposição ambiental, ao custo de maior investimento e manutenção especializada.
7. Exemplo de engenharia
Para uma indústria atendida em 13,8 kV, uma subestação simplificada pode ser suficiente dentro dos limites e padrões
da distribuidora. Se houver vários transformadores, necessidade de seletividade, expansão ou transferência de cargas, uma
subestação abrigada convencional com disjuntor geral e cubículos separados tende a oferecer melhor operação. A potência,
a confiabilidade e a regra local decidem; o nome da tipologia não substitui o projeto.
8. Pontos críticos e cuidados
• Limites de potência para subestação simplificada e tipo de medição são específicos da distribuidora.
• Qualidade da tensão deve ser avaliada pela regulamentação vigente, não por uma faixa decorada sem contexto.
• Alteração de tap não deve ser feita em carga quando o comutador é do tipo desenergizado.
• GIS reduz área, mas o gás SF6 requer controle de estanqueidade, recuperação e gestão ambiental.
• Classificação por tensão varia entre normas e empresas; sempre declare o referencial utilizado.
9. Relação com outros assuntos
Relaciona-se diretamente a coordenação de isolamento, arranjos de barramentos, curto-circuito, proteção, aterramento,
manutenção e segurança operacional.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
10. Complementos técnicos
Complemento técnico
Observação técnica sobre tensão de atendimento. O material apresenta faixas do PRODIST para diferentes
tensões. Essas faixas são regulatórias e podem ser revisadas. Em projeto ou laudo, identificar tensão de referência,
ponto de conexão, período de medição e versão vigente do Módulo 8 do PRODIST.
As categorias apresentadas são adequada, precária e crítica. Os limites numéricos mudam conforme a faixa de
tensão; portanto, não se deve transportar automaticamente a banda de um nível para outro.
11. Para memorizar
Para memorizar
• Classifique por função, aplicação, tensão, instalação, tecnologia e automação.
• Elevadora: típica da geração; abaixadora: transmissão/distribuição/consumo.
• AIS usa isolamento externo em ar; GIS é encapsulada e compacta.
• Subestação simplificada tem aplicação limitada pelo padrão da distribuidora.
• Tap ajusta relação de transformação; operação em carga exige OLTC próprio.
12. Resumo final do módulo
Revisão de 60 segundos
Subestações são nós funcionais do SEP. A classificação esclarece o que a instalação faz, onde opera e como é con-
struída. A solução deve combinar potência, nível de tensão, confiabilidade, espaço, ambiente, segurança, manutenção
e regras da distribuidora. AIS, GIS, instalações abrigadas e desabrigadas são alternativas técnicas, não categorias de
qualidade absoluta.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 1 — SEP, SIN e classificação
Fechamento do Tema 1
Se você vir...
Pense imediatamente em...
P =
√
3V I cosφ
corrente necessária e efeito do nível de tensão.
I2R
perdas e aquecimento dos condutores.
SIN
intercâmbio, coordenação do ONS e restrições sistêmicas.
Subestação
transformação, manobra, proteção, medição e controle.
AIS/GIS
área, isolamento, ambiente, custo e manutenção.
Matriz de cobertura do material-base
Mód.
Conteúdo original Onde foi incorporado
1
evolução CA/CC e HVDC; requisitos e partes do SEP visão geral, conceitos e complemento.
1
níveis de tensão, perdas, consumidores, TUST/TUSD funcionamento, equações, aplicação e cuidados.
1
diagramas uni/multifilares; carga, demanda e elemen-
tos CA
conceitos, equipamentos e relações.
2
regiões do SIN, fontes, transmissão, ONS e termelétri-
cas
visão geral, componentes e funcionamento.
2
programação mensal/diária, dados, clima, custo e
excedentes
fluxo operativo, equações, aplicação e exemplo.
3
processo de elevação/redução, entrega e qualidade da
tensão
funcionamento, equações e observação técnica.
3
internas/externas, simplificadas, abrigadas e SF6 classificação, comparação e exemplo.
Referências do material-base e complementos
ALBUQUERQUE, R. O. Análise de circuitos em corrente alternada. São Paulo: Érica.
MAMEDE FILHO, J. Instalações elétricas industriais. LTC.
OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO. Procedimentos de Rede, programação mensal e diária da operação.
ANEEL. PRODIST — Módulo 8: Qualidade do Fornecimento de Energia Elétrica. Consultar versão vigente.
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APOSTILA DE REVISÃO TÉCNICA
Subestações
Sistemas, equipamentos, proteção e projeto
Tema 2
Equipamentos em Subestações e Classificação
por Funções
Da entrada de energia à interrupção, transformação e isolamento
Pergunta-guia
Como cada equipamento conduz, isola, protege, interrompe ou transforma a energia dentro da subestação?
Ao final, você deverá ser capaz de
Reconhecer os equipamentos, explicar seus princípios de funcionamento, comparar tecnologias e selecionar caracterís-
ticas essenciais para projeto, operação e manutenção.
Engenharia Elétrica— material construído a partir do conteúdo da disciplina e complementado para estudo.
Engenharia Elétrica — Subestações Tema 2 — Equipamentos de subestações
Mapa do tema
Módulo
Conteúdo Resultado prático
1
ramais, cabos de MT/AT, muflas, pro-
teção atmosférica, para-raios e fusíveis
compreender a entrada da subestação e a primeira barreira
contra surtos/faltas.
2
disjuntores, seccionadoras, transfor-
madores, óleo, buchas e isoladores
diferenciar manobra, seccionamento, transformação e técnicas
de extinção do arco.
Conduzir Isolar Proteger Interromper/transformar
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 2 — Equipamentos de subestações
MÓDULO 1
Equipamentos e proteção na entrada da subestação
Questão central
Como a energia chega à instalação e como surtos e faltas são limitados antes de atingir os
equipamentos principais?
Resultado esperado
Distinguir ramal aéreo/subterrâneo, interpretar um cabo de MT, aplicar terminação, SPDA,
para-raios e chave fusível.
1. Visão geral
O ramal de ligação conecta o ponto de entrega da distribuidora à entrada da subestação. Sua solução pode ser aérea ou
subterrânea e deve preservar capacidade de corrente, isolamento, resistência mecânica e segurança. Na terminação dos
cabos, muflas controlam o campo elétrico. Na proteção, o SPDA intercepta descargas diretas, o para-raios limita surtos
que chegam pelos condutores e a chave fusível interrompe sobrecorrentes em aplicações permitidas.
2. Conceitos fundamentais
Ramal aéreo e subterrâneo
Definição técnica: O aéreo usa condutores nus ou cobertos suspensos; o subterrâneo usa cabos isolados em dutos,
galerias ou diretamente enterrados conforme projeto.
Em termos simples: O aéreo é mais acessível e econômico; o subterrâneo reduz exposição e impacto visual, mas
custa mais e exige cuidado térmico e com terminações.
Blindagem do cabo
Definição técnica: Camadas semicondutoras uniformizam o campo; a blindagem metálica conduz correntes capacitivas
e de falta à terra.
Em termos simples: Sem controle de campo, a extremidade cortada concentraria tensão e poderia iniciar descarga
parcial ou ruptura.
Mufla/terminação
Definição técnica: Conjunto que recompõe isolamento, alivia o campo elétrico e permite conexão do condutor.
Em termos simples: É a transição segura entre o cabo blindado e um terminal exposto ou equipamento.
Coordenação de proteção contra surtos
Definição técnica: Associação de captação, descida, aterramento e dispositivos limitadores com níveis compatíveis à
suportabilidade dos equipamentos.
Em termos simples: Nenhum dispositivo isolado resolve todos os caminhos de uma descarga atmosférica.
3. Funcionamento
Cabo de MT típico, do centro para fora:
1. condutor de cobre ou alumínio;
2. blindagem do condutor, formada por camada semicondutora que uniformiza o campo;
3. isolação principal em XLPE, EPR ou outro material especificado;
4. blindagem semicondutora da isolação;
5. blindagem metálica e elementos de separação/bloqueio;
6. cobertura externa de proteção mecânica e ambiental.
Na extremidade, a terminação remove camadas em comprimentos controlados, conecta a blindagem ao aterramento e
utiliza material de controle de campo. O para-raios de óxido metálico apresenta resistência fortemente não linear: quase
não conduz na tensão normal e desvia corrente ao aterramento durante o surto, limitando a tensão residual. A chave fusível
funde o elo e utiliza gases desionizantes do cartucho para interromper o arco.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 2 — Equipamentos de subestações
Descargas atmosféricas diretas devem ser interceptadas pelo sistema de captação; descargas atmosféricas indiretas e impactos
na linha podem produzir surtos conduzidos até a subestação. Cabos de guarda, mastros, aterramento e para-raios formam
barreiras complementares.
Rede MT Para-raios
à terra
Chave
fusível
Mufla e
cabo MT
Transformador
4. Equações e relações matemáticas
Onda viajante e impedância de surto
Para uma linha ideal distribuída:
Zc =
√
L′
C ′ , v =
1√
L′C ′
, V + = ZcI
+
L′ em H/m, C ′ em F/m, Zc em Ω e v em m/s. Mudanças de Zc produzem reflexão e transmissão da onda.
Coeficiente de reflexão de tensão
ΓV =
Z2 − Z1
Z2 + Z1
, Vr = ΓV Vi
Uma terminação aberta tende a ΓV = +1; um curto tende a −1. Em subestações, cabos, linhas, transformadores e
barramentos apresentam descontinuidades relevantes para surtos.
Relação de rapidez do elo fusível
Rr =
If, rpida
If, lenta
O material-base relaciona a classificação H, K e T às curvas tempo–corrente. Na prática, a seleção deve ser feita pela
curva do fabricante, corrente de carga, inrush, curto mínimo/máximo e coordenação com proteções adjacentes.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
Elemento Função Limitação/cuidado
Condutor de
guarda
interceptar descargas em in-
stalações externas
depende do ângulo/volume de proteção e bom aterramento.
Mastro/captor captar descarga direta e
conduzi-la ao solo
não substitui equipotencialização nem proteção interna.
Para-raios ZnO limitar sobretensão tran-
sitória
exige conexão curta à terra e tensão contínua compatível.
Chave fusível seccionar visualmente e inter-
romper falta pelo elo
monofásica; pode causar operação não simultânea das fases.
Mufla terminar cabo e controlar
campo
montagem inadequada causa descarga parcial e falha prematura.
Tipos de elos H, K e T citados no material: H — maior suportabilidade a surtos/inrush; K — atuação rápida; T —
atuação lenta para coordenação de alimentadores. Não selecionar apenas pela letra: usar as curvas tempo–corrente e o
padrão da distribuidora.
6. Aplicação prática
Problema: instalar um ramal subterrâneo de 13,8 kV até uma subestação abrigada. Solução: cabo com isolação e
blindagens adequadas, terminações compatíveis, blindagem aterrada segundo o projeto e para-raios próximo ao equipamento
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 2 — Equipamentos de subestações
protegido. Funcionamento: o cabo contém o campo; a mufla suaviza sua transição; o para-raios limita o surto. Resultado:
conexão dielétrica e termicamente segura.
7. Exemplo de engenharia
Um transformador de 300 kVA, 13,8 kV, possui corrente nominal primária:
I1 =
300 000√
3(13 800)
= 12,55A.
Esse valor não é automaticamente a corrente do elo. O engenheiro sobrepõe a curva do fusível à corrente de energização, à
capacidade térmica do transformador e às correntes de curto, buscando que o elo suporte inrush, elimine faltas e coordene
com a proteção a montante/jusante.
8. Pontos críticos e cuidados
• Para-raios de linha limita surto conduzido; não deve ser tratado como captor de descarga direta.
• Conexões longas entre para-raios e terra acrescentam Ldi/dt e elevam a tensão no equipamento.
• Blindagem metálica exige estudo de aterramento em uma ou ambas as extremidades, correntes induzidas e tensão de
capa.
• Cabo subterrâneo dissipa menos calor; ampacidade depende do solo, dutos, agrupamento e regime.
• Operação de chave fusível envolve arco, projeção e risco de energização monofásica; seguir procedimento e ferramenta
adequados.
9. Relação com outros assuntos
Relaciona-se a coordenação de isolamento, propagação de ondas, SPDA, aterramento, proteção de transformadores, am-
pacidade e descargas parciais.
10. Complementos técnicos
Complemento técnico
Forma de impulso. Ensaios de impulso atmosférico são normalmente associados à onda normalizada de frente rápida,
frequentemente indicada como 1,2/50µs. O valor de crista e o nível de proteção do para-raios devem manter margem
em relação à tensão suportável de impulso do equipamento.
11. Para memorizar
Para memorizar
• Cabo MT: condutor, semicondutora interna, isolação, semicondutora externa, blindagem metálica e cobertura.
• Mufla termina o cabo e controla o campo elétrico.
• SPDA trata descarga direta; para-raios ZnO limita surto conduzido.
• Conexão do para-raios à terra deve ser curta e de baixa indutância.
• Fusível é selecionado por curva, carga, inrush, curto e coordenação.
12. Resumo final do módulo
Revisão de 60 segundosA entrada da subestação combina condução, isolamento e proteção. Cabos de MT utilizam blindagens para controlar
o campo; terminações recompõem a transição dielétrica. SPDA, aterramento e para-raios desempenham papéis
diferentes e complementares. A chave fusível é simples e econômica, mas sua seleção depende das curvas e da
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 2 — Equipamentos de subestações
coordenação, não apenas da corrente nominal.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 2 — Equipamentos de subestações
MÓDULO 2
Disjuntores, seccionadoras, transformadores e isolação
Questão central
Como interromper correntes elevadas, isolar equipamentos e transformar tensão com segurança?
Resultado esperado
Comparar meios de extinção do arco, diferenciar disjuntor e seccionadora e interpretar os ele-
mentos construtivos do transformador.
1. Visão geral
O disjuntor estabelece e interrompe correntes normais e, dentro de sua capacidade, correntes de curto-circuito. A sec-
cionadora proporciona isolamento e reconfiguração, mas normalmente não interrompe corrente de carga ou falta. O trans-
formador transfere potência entre níveis de tensão por indução; buchas e isoladores mantêm partes energizadas separadas
da carcaça e da terra.
2. Conceitos fundamentais
Arco elétrico
Definição técnica: Descarga sustentada em meio ionizado entre contatos que se afastam.
Em termos simples: Mesmo após separar os contatos, a corrente tenta continuar pelo plasma; o disjuntor deve resfriar
e desionizar o caminho.
Capacidade de interrupção
Definição técnica: Maior corrente de curto que o disjuntor consegue interromper nas condições especificadas.
Em termos simples: Corrente nominal define condução contínua; capacidade de interrupção define enfrentamento da
falta.
Seccionamento
Definição técnica: Criação de uma condição de isolamento conforme a função e o projeto do equipamento.
Em termos simples: Serve para manutenção e segurança; não é sinônimo de proteção automática.
Óleo isolante
Definição técnica: Fluido dielétrico e térmico que isola e transporta calor.
Em termos simples: Sua condição revela envelhecimento, água, gases e contaminação do transformador.
3. Funcionamento
Em CA, a corrente cruza naturalmente o zero a cada semiciclo. O disjuntor separa contatos e força o meio entre eles a
recuperar rigidez dielétrica mais rapidamente do que a tensão transitória de restabelecimento cresce. O mecanismo de mola,
hidráulico ou pneumático fornece velocidade e energia; bobinas de abertura/fechamento recebem comandos da proteção ou
operação.
No transformador, o fluxo alternado do núcleo concatena primário e secundário. Perdas no cobre aquecem enrolamentos;
perdas no núcleo aquecem o circuito magnético. Óleo/ar e radiadores removem calor. Buchas atravessam o tanque sem
permitir descarga para a carcaça. Tap changer ajusta a relação de espiras; pode ser desenergizado ou sob carga.
4. Equações e relações matemáticas
Corrente nominal e corrente de curto
IN =
SN√
3VN
, Icc ≈
IN
Zpu
SN em VA, VN em V e Zpu impedância por unidade do transformador, quando a rede a montante é considerada forte.
A capacidade do disjuntor deve superar a corrente de curto calculada e atender à tensão e ao ciclo de operação.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 2 — Equipamentos de subestações
Energia térmica passante
WR =
∫ t
0
i2(t)Rdt
O termo I2t é usado para comparar solicitação térmica e suportabilidade de condutores/equipamentos durante faltas,
observadas as hipóteses do fabricante e da norma.
Exemplo resolvido — curto nos terminais de um transformador
Transformador de 1MVA, 13,8/0,38 kV, Z = 6%. No secundário:
IN =
106√
3(380)
= 1519A, Icc ≈
1519
0,06
= 25,3 kA.
É uma aproximação. Cabos, rede, motores e assimetria alteram o valor; o disjuntor de BT deve possuir capacidade
de interrupção compatível.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
Disjuntor Princípio Características principais
PVO/GVO óleo resfria e desioniza o arco tecnologia tradicional; exige controle/substituição do óleo e risco de in-
cêndio.
Ar comprimido jato alonga e resfria o arco rápido, ruidoso, necessita sistema pneumático seco.
Sopro magnético campo desloca o arco para câ-
mara divisora
tecnologia antiga; encontrada em instalações existentes.
Vácuo interrupção em ampola de baixa
pressão
alta vida mecânica, pouca manutenção, muito aplicado em MT.
SF6 gás eletronegativo recupera
rigidez dielétrica
compacto e eficaz em AT/EAT; requer estanqueidade e gestão ambiental.
Elemento Função Ponto de especificação
Seccionadora isolamento e seleção de
caminhos
corrente/tensão, suportabilidade, comando e intertravamento.
Bucha passagem isolada pelo tan-
que/parede
classe de tensão, corrente, distância de escoamento.
Isolador suporte mecânico com iso-
lamento
poluição, impulso, esforço mecânico e lavagem.
OLTC alteração de tap sob carga faixa, passos, corrente, manutenção do comutador.
Relé Buchholz detecta gás/fluxo anormal
em transformador com con-
servador
alarme e trip; não se aplica da mesma forma a todo projeto.
6. Aplicação prática
Problema: substituir disjuntor antigo de óleo em cubículo de 13,8 kV. Solução: especificar disjuntor a vácuo com tensão,
corrente, interrupção, impulso, sequência de operação, comando e interface mecânica compatíveis. Funcionamento: relé
comanda a bobina; a mola abre rapidamente; a ampola extingue o arco. Resultado: maior disponibilidade e menor
manutenção, após estudo de coordenação e adequação do painel.
7. Exemplo de engenharia
Um disjuntor de 13,8 kV, 630 A e 16 kA não é validado apenas porque a carga é 200 A. Se o estudo indicar curto simétrico de
18 kA, sua capacidade de interrupção é insuficiente. Deve-se aumentar a classe de interrupção ou limitar a falta. Também
se conferem corrente de crista, suportabilidade de curta duração, TRV, nível de impulso e ciclo O–CO.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 2 — Equipamentos de subestações
8. Pontos críticos e cuidados
• Nunca operar seccionadora comum para interromper carga; intertravamentos evitam sequência indevida.
• Disjuntor não garante isolamento visual; aplicar procedimento de desenergização, impedimento de reenergização, con-
statação e aterramento temporário.
• SF6 é tecnicamente excelente, mas possui elevado potencial de aquecimento global; monitorar vazamentos e recuperar
o gás.
• Óleo com água e produtos de oxidação perde desempenho dielétrico e térmico.
• Corrente nominal, interrupção, fechamento, curta duração e nível de isolamento são grandezas diferentes.
9. Relação com outros assuntos
Relaciona-se a curto-circuito, coordenação de proteção, arco elétrico, manutenção preditiva, análise de gases dissolvidos,
regulação de tensão e arranjos de barramentos.
10. Complementos técnicos
Complemento técnico
Ensaios do óleo. O material cita rigidez dielétrica, cor, índice de neutralização, tensão interfacial, teor de água,
densidade e PCB. A interpretação correta usa tendência histórica, método normativo e limites do fabricante; um
único ensaio não diagnostica sozinho o transformador. Cromatografia de gases dissolvidos busca assinaturas de falhas
térmicas e elétricas.
O material diferencia óleo mineral parafínico ou naftênico, fluidos vegetais e sintéticos. O ascarel/PCB é persistente,
tóxico e sujeito a controle ambiental rigoroso; equipamentos antigos contaminados exigem identificação, manuseio e
destinação especializados.
11. Para memorizar
Para memorizar
• Disjuntor interrompe carga e curto dentro de sua classe; seccionadora isola/manobra sem carga.
• Em CA, a extinção aproveita o zero de corrente e exige recuperação dielétrica rápida.
• Tecnologias: óleo, ar comprimido, sopro magnético, vácuo e SF6.
• Icc ≈ IN/Zpu é estimativa com fonte forte.
• Óleo isola e refrigera; buchas separam parte viva e carcaça; tap ajusta tensão.
12. Resumo final do módulo
Revisão de 60 segundos
O disjuntor é definido tanto por condução normal quanto por desempenho durante a falta. O meio extintor controla
o arco e determina manutenção,tamanho e aplicação. Seccionadoras cumprem função distinta e dependem de
intertravamentos. No transformador, enrolamentos, núcleo, óleo, refrigeração, buchas e comutadores trabalham
como um sistema; ensaios devem ser analisados em conjunto e por tendência.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 2 — Equipamentos de subestações
Fechamento do Tema 2
Equipamento
Pergunta essencial
Cabo e mufla
a isolação e o controle de campo são compatíveis com a classe de tensão?
Para-raios
tensão contínua, corrente de descarga, residual e aterramento são adequados?
Fusível
suporta carga/inrush e coordena com faltas e proteções adjacentes?
Disjuntor
conduz, fecha e interrompe os valores calculados?
Seccionadora
será operada somente nas condições para as quais foi projetada?
Transformador
potência, impedância, grupo, taps, refrigeração e proteção atendem ao sistema?
Matriz de cobertura do material-base
Mód.
Conteúdo original Onde foi incorporado
1
ramais aéreos/subterrâneos, cabos AT e suas camadas conceitos, funcionamento e comparação.
1
muflas, descargas diretas/indiretas, mastros e cabos de
guarda
funcionamento, componentes e cuidados.
1
para-raios de linha, chave fusível, elos H/K/T e rapidez equações, tabela, exemplo e memorização.
2
arco elétrico; PVO/GVO, ar, sopro magnético, vácuo e
SF6
funcionamento e tabela comparativa.
2
mecanismo de mola e operação remota; seccionadoras funcionamento, aplicação e cuidados.
2
transformador, taps, seco/óleo, buchas e isoladores componentes, equações e exemplo.
2
tipos, degradação e ensaios de óleo isolante complemento técnico e pontos críticos.
Referências do material-base
MAMEDE FILHO, J. Manual de equipamentos elétricos. LTC.
MAMEDE FILHO, J. Instalações elétricas industriais. LTC.
ABNT. Normas aplicáveis a para-raios, transformadores, óleo isolante, cabos e instalações de média tensão; consultar edições
vigentes e requisitos da distribuidora.
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APOSTILA DE REVISÃO TÉCNICA
Subestações
Sistemas, equipamentos, proteção e projeto
Tema 3
Sobretensões, Aterramento e Arranjos de Bar-
ramentos
Proteção contra fenômenos transitórios, tensões perigosas e indisponibilidade
Pergunta-guia
Como limitar sobretensões, conduzir correntes de falta ao solo e manter circuitos disponíveis durante falhas ou
manutenção?
Ao final, você deverá ser capaz de
Analisar origens de sobretensão, seletividade, malhas de terra e topologias de barramento com seus compromissos de
custo e confiabilidade.
Engenharia Elétrica — material construído a partir do conteúdo da disciplina e complementado para estudo.
Engenharia Elétrica — Subestações Tema 3 — Sobretensões, terra e barramentos
Mapa do tema
Evento elétrico Proteção seletiva Aterramento seguro Arranjo confiável
Módulo
Conteúdo Competência
1
sobretensões atmosféricas, de manobra
e de falta; seletividade; aterramento e
medição
controlar solicitações dielétricas e tensões de toque/passo.
2
barras simples, duplas, transferência,
disjuntor e meio e anéis
comparar continuidade, proteção, manobras, espaço e custo.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 3 — Sobretensões, terra e barramentos
MÓDULO 1
Sobretensões, coordenação, seletividade e aterramento
Questão central
Como uma perturbação rápida ou uma falta se transforma em solicitação dielétrica e risco para
pessoas?
Resultado esperado
Identificar o fenômeno, coordenar proteção e avaliar resistência de terra, tensão de toque e
tensão de passo.
1. Visão geral
Sobretensão é uma elevação de tensão acima do regime normal, com amplitude e duração que dependem da origem.
Descargas atmosféricas produzem frentes muito rápidas; manobras e ressonâncias produzem transitórios de outra escala;
uma falta monofásica pode elevar temporariamente as tensões das fases sãs em relação à terra. Coordenação de isolamento
e proteção limita essas solicitações. O aterramento fornece referência e caminho para correntes, mas deve controlar os
potenciais na superfície do solo.
2. Conceitos fundamentais
Sobretensão atmosférica
Definição técnica: Impulso originado por descarga direta ou por acoplamento eletromagnético/eletrostático.
Em termos simples: É muito rápida e pode viajar pelas linhas, refletindo nas mudanças de impedância.
Sobretensão de manobra
Definição técnica: Transitório causado por energização, abertura, religamento ou chaveamento de elementos reativos.
Em termos simples: Abrir indutores, energizar transformadores/linhas e manobrar bancos altera bruscamente a energia
armazenada.
Proteção primária e retaguarda
Definição técnica: A primária elimina seletivamente a falta na zona protegida; a retaguarda atua se a proteção/dis-
juntor principal falhar.
Em termos simples: Primeiro deve abrir o equipamento mais próximo; se não abrir, outro dispositivo remove uma
área maior.
Tensão de toque e de passo
Definição técnica: Toque é a diferença entre estrutura tocada e ponto dos pés; passo é a diferença entre dois pontos
do solo separados tipicamente por 1 m.
Em termos simples: Mesmo uma malha com baixa resistência pode ser perigosa se o gradiente de potencial for
elevado.
3. Funcionamento
Uma onda viajante de origem atmosférica se propaga em ambos os sentidos a partir do ponto de impacto ou indução. Iso-
ladores podem sofrer descarga disruptiva quando o impulso supera sua suportabilidade. Em descontinuidades de impedância,
ocorre reflexão de parte da onda. Para-raios limitam a crista desviando corrente à malha.
Em manobras, a energia de indutores e capacitores precisa ser redistribuída; entrada ou saída de banco de capacitores,
reatores, reignições, corrente de magnetização e carga residual podem ampliar o transitório. Na proteção, relés medem
grandezas, identificam zona/direção e comandam disjuntores. Temporizações e curvas coordenadas preservam seletividade.
Na falta à terra, a corrente entra na malha e eleva seu potencial em relação ao terra remoto. Condutores e hastes distribuem
a corrente; camada superficial de brita aumenta a resistência do contato pé–solo e reduz a corrente pelo corpo.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 3 — Sobretensões, terra e barramentos
4. Equações e relações matemáticas
Elevação do potencial da malha
GPR ≈ IGRG
IG é a parcela da corrente de falta que entra na malha e RG a resistência de aterramento. GPR alto não implica
automaticamente toque inseguro; é preciso calcular a distribuição dos potenciais e os limites toleráveis.
Resistividade pelo arranjo de Wenner
Para quatro eletrodos igualmente espaçados, profundidade pequena em relação a a:
ρ ≈ 2πaR
ρ em Ω·m, a em m e R = V /I em Ω. Vários espaçamentos investigam diferentes profundidades aparentes e permitem
modelar camadas do solo.
Eletrodo vertical isolado — aproximação
Rh ≈ ρ
2πL
[
ln
(
4L
d
)
− 1
]
L é comprimento e d diâmetro. Hastes próximas não somam condutância idealmente porque suas regiões de dispersão
se sobrepõem.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
Elemento/método Função Cuidado
Malha de cobre nu equipotencializar e dispersar
corrente
dimensionar térmica/mecanicamente e contra corrosão.
Haste cobreada aumentar contato com ca-
madas profundas
espaçamento e resistividade condicionam ganho.
Solda exotérmica conexão molecular permanente molde, limpeza e execução controlada.
Conexão por com-
pressão
união mecânica especificada ferramenta, matriz e material compatíveis.
Queda de poten-
cial
medir resistência com eletrodos
auxiliares
buscar patamar e afastamento suficiente.
Alicate terrômetro medir laço sem desconexão exige caminho paralelo fechado; não serve para todo sistema.
A conexão por compressão exige conector, matriz e ferramenta compatíveis; a solda exotérmica produz união permanente
e deve seguir procedimento próprio de execução.
6. Aplicação prática
Problema: relé de alimentador não atua e a falta persiste. Solução: proteção de retaguarda temporizada abre o disjuntor
a montante. Funcionamento: a coordenação dá tempo à proteção primária; expirado o atraso, remove-se uma zona maior.
Resultado: o defeito é eliminado,porém com maior perda de carga, mostrando por que a retaguarda é necessária e menos
seletiva.
7. Exemplo de engenharia
Uma malha apresenta RG = 0,8Ω e recebe IG = 5 kA. A elevação aproximada é:
GPR = 5000(0,8) = 4 kV.
Não se conclui segurança apenas porque RG• Seccionadora não deve estabelecer paralelo entre barras fora de sincronismo nem interromper carga indevidamente.
• Transferência de proteção deve ocorrer antes de retirar o disjuntor principal.
• Posição de TC determina a zona morta e o alcance da proteção diferencial.
• Um arranjo bom no unifilar pode ser inviável por espaço, curto-circuito, expansão ou filosofia de operação.
• Manobras precisam de sequência, intertravamento, supervisão de sincronismo e confirmação de estados.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 3 — Sobretensões, terra e barramentos
9. Relação com outros assuntos
Relaciona-se a proteção diferencial de barras, falha de disjuntor, religamento, fluxo de potência, confiabilidade, automação,
layout físico e expansão de subestações.
10. Complementos técnicos
Complemento técnico
Critério N–1. Uma concepção robusta busca suportar a indisponibilidade de um componente relevante sem perda
inaceitável de carga ou violação de limites. Isso não significa que qualquer arranjo atenda automaticamente ao N–1;
é necessário simular cada contingência, inclusive durante manutenção.
11. Para memorizar
Para memorizar
• Barra simples: menor custo e menor flexibilidade.
• Principal + transferência: mantém circuito durante manutenção, com proteção temporariamente compartilhada.
• Barra dupla com dois disjuntores: alta confiabilidade e alto custo.
• Disjuntor e meio: três disjuntores para dois circuitos, comum em EAT.
• Anel: alimentação por dois lados; abertura transforma o anel e altera a proteção.
12. Resumo final do módulo
Revisão de 60 segundos
O arranjo de barramentos determina como faltas e manutenções afetam a subestação. Redundância aumenta
continuidade, mas também equipamentos, área e complexidade. Barra simples prioriza economia; barra dupla, anel e
disjuntor e meio elevam flexibilidade. A escolha deve ser validada por contingências, proteção, manobras e expansão.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 3 — Sobretensões, terra e barramentos
Fechamento do Tema 3
Pergunta de engenharia
Verificação essencial
O isolamento sobre-
viverá?
impulso, manobra, tensão temporária e margem para o para-raios.
A falta será seletiva?
zonas, curvas, tempo do disjuntor e retaguarda.
O aterramento é seguro?
IG, GPR, toque, passo, duração e camada superficial.
A SE continua operando?
falhas de barra/disjuntor, manutenção e caminhos alternativos.
A manobra é segura?
sincronismo, intertravamentos, proteção transferida e estados confirmados.
Matriz de cobertura do material-base
Mód.
Conteúdo original Onde foi incorporado
1
sobretensões atmosféricas diretas/induzidas, ondas e re-
flexão
conceitos, funcionamento e equações.
1
chaveamentos, capacitores, reatores, transformadores,
ressonância
visão geral, funcionamento e cuidados.
1
proteção primária/retaguarda e seletividade conceitos, aplicação e memorização.
1
materiais, conexões, resistência, toque/passo e medição componentes, exemplo, complemento e observação
técnica.
2
barra simples, seccionada e by-pass tabela comparativa e funcionamento.
2
barra dupla, transferência e variantes de três a cinco
chaves
componentes, aplicação e síntese.
2
dois disjuntores, disjuntor e meio/um terço e anéis comparação, equação, exemplo e memorização.
Referências do material-base e complementos
ABNT NBR 15749:2009. Medição de resistência de aterramento e de potenciais na superfície do solo em sistemas de
aterramento. Confirmar vigência.
ABNT NBR 5419. Proteção contra descargas atmosféricas. Consultar partes e edições vigentes.
IEEE Std 80. Guide for Safety in AC Substation Grounding.
KINDERMANN, G. Proteção de sistemas elétricos de potência.
MAMEDE FILHO, J. Manual de equipamentos elétricos. LTC.
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APOSTILA DE REVISÃO TÉCNICA
Subestações
Sistemas, equipamentos, proteção e projeto
Tema 4
Subestações de Consumidor, Cálculos e Equipa-
mentos
Entrada de energia, demanda, transformadores de potência, TC e TP
Pergunta-guia
Como transformar a necessidade do consumidor em uma subestação dimensionada, documentada, medida e protegida
corretamente?
Ao final, você deverá ser capaz de
Classificar a entrada, calcular carga e demanda, interpretar transformadores e especificar transformadores para instru-
mentos sem comprometer medição ou proteção.
Engenharia Elétrica — material construído a partir do conteúdo da disciplina e complementado para estudo.
Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
Mapa do tema
Módulo
Conteúdo Entrega de engenharia
1
subestações de consumidor, padrões e
documentação
definir concepção e processo de ligação.
2
carga instalada, demanda parcial/total
e tipo de atendimento
dimensionar entrada e transformação sem super ou subesti-
mar.
3
transformadores de potência, refriger-
ação, TC e TP
selecionar equipamentos de transformação, medição e pro-
teção.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
MÓDULO 1
Subestações de consumidor e processo de ligação
Questão central
Qual tipologia atende à potência, tensão, espaço, continuidade e padrão da distribuidora?
Resultado esperado
Distinguir instalações acima/abaixo de 69 kV, simplificadas, abrigadas e blindadas, e organizar
a documentação do projeto.
1. Visão geral
A subestação de consumidor recebe energia em média ou alta tensão, mede, protege e transforma para os níveis internos.
Grandes consumidores conectados em 69 kV ou mais utilizam pátios e arranjos semelhantes aos de transmissão, com vãos
de linha, barras, disjuntores, TCs, TPs, relés e transformadores com regulação. Em média tensão, a solução pode ser
simplificada, abrigada convencional ou blindada, conforme demanda e regras locais.
2. Conceitos fundamentais
Ponto de entrega
Definição técnica: Limite de responsabilidade definido pela regulamentação e pela distribuidora.
Em termos simples: Determina onde termina a rede da concessionária e começa a instalação do consumidor.
Subestação simplificada
Definição técnica: Solução padronizada de menor porte, frequentemente com proteção primária por fusíveis. O
material-base usa 300 kVA como limite no padrão estudado.
Em termos simples: Reduz custo e prazo, mas o limite de potência, a medição e a aplicação dependem da distribuidora
vigente.
Subestação convencional abrigada
Definição técnica: Instalação em edificação com compartimentos para entrada, proteção, medição e transformação.
Em termos simples: Permite mais equipamentos e flexibilidade, exigindo obra civil, ventilação, acessos e distâncias.
Subestação blindada/metal-clad
Definição técnica: Conjunto em invólucro metálico compartimentado e ensaiado conforme sua classe.
Em termos simples: É compacta e controlada em fábrica, mas requer especificação completa e manutenção conforme
fabricante.
3. Funcionamento
Em uma entrada típica, o ramal chega ao cubículo de entrada; para-raios limitam surtos; seccionamento permite isolamento;
a proteção geral interrompe faltas; TCs e TPs alimentam medição e relés; o transformador reduz tensão; o QGBT distribui
em baixa tensão. Intertravamentos impedem acesso a partes energizadas e operações incompatíveis.
Rede da
distribuidora
Entrada e
para-raios
Proteção
geral
TC/TP e
medição Transformador
QGBT e cargas
4. Equações e relações matemáticas
Corrente de entrada
I =
S√
3VL
Para S = 2MVA em 13,8 kV, I = 83,7 A. Em 69 kV, para a mesma potência, I = 16,7 A. O nível de atendimento
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
não é escolhido apenas pela corrente: rede disponível, custo, demanda e padrão regulatório são determinantes.
Margem de transformação
STR,inst ≥
Dproj
kcarreg
Dproj é a demanda de projeto e kcarreg o carregamento máximo adotado. A margem deve ser justificada por
crescimento, temperatura, contingência e estratégia de manutenção; superdimensionamento aumenta perdas em vazio
e investimento.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
Documento Conteúdo Finalidade
Consulta/solicitação demanda, tensão, ativi-dade e localização
verificar viabilidade e condições de atendimento.
Projeto elétrico unifilar, cargas, curto, pro-
teção, cabos e terra
demonstrar segurança e coordenação.
Projeto civil/layout planta, cortes, acessos,
ventilação e drenagem
garantir instalação, retirada e manutenção dos equipamentos.
Responsabilidade téc-
nica
ART/RRT e identificação
dos responsáveis
formalizar autoria e execução.
Cadastro do titular documentos da pessoa físi-
ca/jurídica e propriedade
estabelecer relação contratual e acesso.
Comissionamento ensaios, ajustes, laudos e
as-built
comprovar conformidade antes da energização.
6. Aplicação prática
Problema: nova unidade industrial requer alimentação em 13,8 kV. Solução: consultar a distribuidora, calcular demanda,
curto e proteção, definir subestação abrigada e apresentar unifilar/layout/documentação. Funcionamento: a distribuidora
analisa a conexão; a obra é inspecionada e comissionada. Resultado: energização com responsabilidades e limites definidos.
7. Exemplo de engenharia
Uma instalação possui dois transformadores de 1 MVA e exige continuidade. Operar ambos em paralelo pode elevar o
curto de BT e requer compatibilidade de relação, taps, impedância, grupo vetorial e sequência. Outra estratégia é manter
barras separadas com interligação normalmente aberta, permitindo transferência controlada. A opção resulta do estudo de
confiabilidade e curto, não apenas da soma das potências.
8. Pontos críticos e cuidados
• Requisitos de acesso da distribuidora, posição do ponto de entrega e medição variam localmente.
• Cubículos precisam de classificação de arco interno, intertravamentos e alívio de pressão quando aplicável.
• Prever retirada do transformador, contenção de óleo, ventilação, incêndio, iluminação e rota de fuga.
• A NR-10 exige medidas de controle e gestão de riscos durante projeto, operação e manutenção.
• Expansão futura deve ser prevista em barramentos, espaço, cabos, proteção e capacidade de curto.
9. Relação com outros assuntos
Relaciona-se a instalações de MT, proteção, curto-circuito, seletividade, aterramento, segurança, arquitetura e engenharia
civil.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
10. Complementos técnicos
Complemento técnico
Complemento — sequência de segurança. Antes de intervir, aplicar procedimento formal: seccionamento, im-
pedimento de reenergização, constatação da ausência de tensão, aterramento temporário/equipotencialização quando
aplicável, proteção de partes energizadas próximas e sinalização. A execução depende da análise de risco e da NR-10
vigente.
11. Para memorizar
Para memorizar
• Simplificada: menor porte e proteção primária frequentemente fusível; limite é local.
• Convencional: compartimentos e maior flexibilidade; blindada: conjunto metálico ensaiado.
• Fluxo típico: entrada → proteção → medição → transformação → QGBT.
• Projeto inclui unifilar, cargas, curto, proteção, terra, layout e responsabilidade técnica.
• Prever acesso, retirada de equipamentos, ventilação, óleo/incêndio e expansão.
12. Resumo final do módulo
Revisão de 60 segundos
A subestação de consumidor é definida pela conexão disponível, demanda, continuidade, espaço e padrão da dis-
tribuidora. Tipologia e documentação caminham juntas: o unifilar precisa corresponder ao layout, à proteção, ao
aterramento e aos procedimentos. Uma solução compacta ou barata só é adequada se suportar curto, manutenção,
expansão e segurança.
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MÓDULO 2
Carga instalada, demanda e dimensionamento da entrada
Questão central
Como converter uma lista de equipamentos em uma demanda tecnicamente defensável?
Resultado esperado
Agrupar cargas, aplicar simultaneidade, tratar reservas e escolher atendimento/medição con-
forme regras locais.
1. Visão geral
Carga instalada é a soma das potências nominais dos equipamentos que efetivamente compõem a instalação. Demanda é
a potência provável ou medida no intervalo de interesse. A metodologia do material-base agrupa cargas em sete categorias
e aplica fatores de demanda da regulamentação da LIGHT. Esses fatores não são universais: o engenheiro deve utilizar o
padrão da distribuidora do local e justificar o perfil real da instalação.
2. Conceitos fundamentais
Carga instalada Cinst
Definição técnica: Soma das potências das cargas previstas, segundo os critérios do padrão aplicável.
Em termos simples: É o total das placas, não necessariamente o que funcionará ao mesmo tempo.
Fator de demanda fd
Definição técnica: Razão entre demanda máxima e carga instalada do conjunto.
Em termos simples: Representa simultaneidade e regime de uso; deve ficar entre 0 e 1 na definição usual.
Carga reserva
Definição técnica: Equipamento que substitui outro e não opera simultaneamente em regime normal.
Em termos simples: Pode ser excluído conforme a regra aplicável, desde que a lógica de operação garanta a reserva.
Demanda diversificada
Definição técnica: Demanda conjunta considerando que máximos individuais não ocorrem necessariamente no mesmo
instante.
Em termos simples: Evita somar picos incompatíveis, mas não pode ocultar cenários reais de operação simultânea.
3. Funcionamento
1. Levantar potência, quantidade, tensão, fases, fator de potência e regime de cada carga.
2. Separar cargas efetivas e reservas intertravadas.
3. Agrupar conforme a metodologia aplicável: CP1 iluminação/TUG; CP2 aquecimento; CP3 aparelhos de ar; CP4 centrais
de ar; CP5 motores/cargas indutivas; CP6 solda e equipamentos odonto-médicos; CP7 demais cargas.
4. Calcular demandas parciais DP1 a DP7 usando tabelas e condições específicas.
5. Somar demandas compatíveis e verificar pisos: a demanda de um grupo não deve ficar abaixo da maior carga que pode
operar sozinha.
6. Aplicar agrupamentos e diversidades adicionais somente quando autorizados e coerentes com a ocupação.
7. Comparar o resultado com limites de atendimento, medição e transformação da distribuidora.
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Engenharia Elétrica — Subestações Tema 4 — Projeto, demanda e transformadores
4. Equações e relações matemáticas
Carga e demanda
Cinst =
n∑
i=1
niSi, DPk = fd,k CPk, DT =
7∑
k=1
DPk
ni é quantidade, Si potência em VA/kVA e fd,k fator do grupo. Fórmulas específicas da distribuidora podem ser por
faixas e não uma multiplicação única.
Conversão de potência mecânica do motor
Pmec[kW] = 0,7355P [cv], S =
Pmec
η cosφ
Usar rendimento η e fator de potência do fabricante. Tabelas da distribuidora podem fornecer kVA padronizado e
prevalecem no cálculo de ligação quando exigidas.
Exemplo resolvido — demanda de motores com piso pela maior máquina
Motores: 60 cv (58,15 kVA na tabela do material) e 5 cv (6,02 kVA). Com fd = 0,75:
DP5 = (58,15 + 6,02)0,75 = 48,13 kVA.
Como a maior máquina sozinha demanda 58,15 kVA, adota-se DP5 = 58,15 kVA. O fator de demanda não pode criar
resultado incompatível com um estado operacional possível.
5. Componentes, elementos ou equipamentos
Grupo Conteúdo Pergunta crítica
CP1 iluminação e tomadas de uso geral horário e ocupação tornam o uso próximo de 100%?
CP2 aquecimento resistivo há controle que impeça simultaneidade?
CP3 condicionadores individuais quantas unidades podem operar no pico térmico?
CP4 centrais de climatização considerar chillers, bombas, torres e sequenciamento.
CP5 motores, bombas e outras cargas in-
dutivas
maior motor, partidas e reservas estão identificados?
CP6 solda, raio-X, tomografia e similares ciclo de trabalho e picos são compatíveis com a tabela?
CP7 demais equipamentos avaliar individualmente, sem fator genérico automático.
6. Aplicação prática
Problema: clínica possui iluminação, climatização e dois equipamentos de imagem que raramente operam juntos. Solução:
separar CP1, CP3/4 e CP6, aplicar fatores autorizados e confirmar o fluxo clínico. Funcionamento: a demanda total
representa o pico plausível, mantendo o piso da maior máquina. Resultado: transformador e entrada dimensionados sem
somar