Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica Aula 05 18 02 16

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Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Professor: Paulo Roberto Costa Silva 
E-mail: pr@task.com.br 
ENGENHARIA ELÉTRICA – GRADUAÇÃO 
EMENTA 
1. ESTRUTURA DA INDÚSTRIA DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
2. REPRESENTAÇÃO DAS REDES DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
3. LINHAS DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO 
 
4. FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO 
 
5. PLANEJAMENTO E OPERAÇÃO 
 
6. COORDENAÇÃO DO ISOLAMENTO 
 
7. MONITORAMENTO E DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM EQUIPAMENTOS 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
• Qual a finalidade de uma subestação? 
• Criar pontos de transferência, convergência e interface entre sistemas ou 
subsistemas 
• Criar pontos de entrega de energia para consumidores industriais 
• Possibilitar a entrada e saída de linhas de transmissão e distribuição 
• Permitir a flexibilização de rotas alternativas do fluxo de energia 
• Servir de ponto de controle e medição de variáveis do sistema elétrico de potência 
• Possibilitar a compensação reativa 
• Entre outras funções 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Definição 
• O que são subestações? 
• É uma instalação elétrica que contém sistemas e equipamentos de manobra , 
transformação, proteção, controle, medição 
• SE de Manobra: 
• Tem a finalidade de manobrar sistemas com o mesmo nível de tensão, com o 
objetivo de criar rotas alternativas e/ou conectando ou desconectando partes do 
sistema elétrico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Classificações das Subestações Quanto à Função 
• SE de Transformação: 
• São destinadas à transformações dos níveis de tensão, podendo ser: 
 
• SE Elevadora: 
• Elevam o níveis de tensão para a transmissão e subtransmissão, para 
que o transporte de energia seja econômico (Tensão elevada = Corrente 
reduzida) 
• Geralmente localizada nas saídas das usinas geradoras 
 
• SE Abaixadora: 
• Reduzem os níveis de tensão para: 
• A subtransmissão e distribuição 
• Evitar interferências em sistemas de comunicações 
• Reduzir o nível dos campos magnéticos 
• Geralmente localizada nas periferias dos centros de carga 
(Cidades, etc...) 
 
• SE de Distribuição AT: 
• Reduzir a tensão para o nível de distribuição primária (13,8kV – 34,5kV) 
• Pode pertencer à concessionária ou a grandes consumidores 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Classificações das Subestações Quanto à Função 
• SE de Regulação de Tensão: 
• Através do emprego de equipamentos de compensação tais como: 
• Reatores 
• Capacitores 
• Compensadores estáticos 
 
• SE Conversoras: 
• Associadas a sistemas de transmissão em Corrente Continua 
• SE Retificadora e SE Inversora 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Classificações das Subestações Quanto à Função 
• SE de Alta Tensão (Distribuição AT): 
• Tensão nominal abaixo de 230kV 
 
 
 
 
 
 
 
 
• SE de Extra Alta Tensão (Rede Básica): 
• Tensão nominal acima de 230kV 
 
 
 
 
 
 
 
 
Subestações 
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Classificações das Subestações Quanto ao Nível de Tensão 
• Subestações Desabrigadas: 
• Construídas a céu aberto em locais amplos ao ar livre 
• Maiores níveis de tensão 
• Impacto direto às intempéries 
 
 
 
 
 
 
 
 
. 
 
 
 
 
 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Classificações das Subestações Quanto ao Tipo de Instalação 
• Subestações Abrigadas: 
• Construídas em locais abrigados 
• Menores níveis de tensão 
• Maior vida útil 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Classificações das Subestações Quanto ao Tipo de Instalação 
• Subestações Blindadas: 
• Construídas em locais abrigados 
• Alto índice de compactação 
• Os equipamentos são completamente protegidos e isolados em óleo ou em gás 
• Gases: Ar comprimido ou SF6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Classificações das Subestações Quanto ao Tipo de Instalação 
• Subestações Móveis: 
• Para atendimento em processos de reparos de equipamentos principais 
• Substituição do transformador existente, diante falhas imprevistas 
• Aumenta a flexibilidade do sistema 
• Auxilio para aumento previsto e temporário de demanda (Temporário) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Classificações das Subestações Quanto ao Tipo de Instalação 
• Subestações com Operador: 
• Exige alto nível de treinamento de pessoal 
• Uso de computadores na supervisão e operação local 
• Só se justifica para instalações de maior porte 
 
 
 
• Subestações Semi-Automáticas: 
• Possuem computadores locais ou intertravamentos eletromecânicos que impedem 
operações indevidas por parte do operador local. 
 
 
 
• Subestações Automatizadas: 
• São supervisionadas à distância por intermédio de computadores e SCADA 
(Supervisory Control and Data Acquisiton). 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Classificações das Subestações Quanto à Forma de Operação 
• Localização Ideal: Centro de Carga 
 
• Acesso: Facilidade para entradas e saídas de linhas de transmissão, subtransmissão e 
distribuição, existentes e futuras 
 
• Espaço Físico: Ter espaço para expansão futura 
 
• Condições Ambientais: De acordo com as regras de uso e ocupação do solo 
 
• Consumidores: Minimização da quantidade de consumidores afetados diante a 
descontinuidade do serviço 
 
• Entre outros 
 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Escolha do Local para Instalação das Subestações 
• São vários os equipamentos existentes em uma SE, tais como: 
 
• Barramentos 
 
• Linhas e alimentadores 
 
• Equipamentos de disjunção: Disjuntores, Religadores, chaves 
 
• Equipamentos de transformação: 
• Transformadores de Potência 
• Transformador de Potencial (TP) 
• Transformadores de Corrente (TC) 
• Transformador de serviço 
 
• Equipamentos de proteção: relés (primário, retaguarda e auxiliar), fusíveis, 
 para- raios e malha de terra 
 
• Equipamentos de compensação: reatores, capacitores, compensadores síncronos, 
compensadores estáticos 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Principais Equipamentos Existentes em Subestações 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Diagrama Simplificado - Exemplo SE Distribuição - AT 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Diagrama Simplificado - Exemplo SE Distribuição - AT 
Arranjos de Subestações - Topologias 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
• Nas subestações são considerados padrões de arranjos ou topologias que definem as 
formas de conexão entre as linhas, transformadores e cargas 
 
• Estes arranjos estabelecem “layouts” padrões de acordo com as funções e regras de 
separação espacial entre barramentos e disjuntores que definem a direção do fluxo de 
energia nos circuitos das subestações 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Topologias 
• Estes arranjos ou topologias são criados 
em função dos seguintes requisitos: 
 
• Confiabilidade 
• Flexibilidade• Segurança 
• Custos de operação e manutenção 
• Os arranjos mais comuns nas subestações são: 
 
• Entrada Direta 
 
• Barramento simples 
 
• Barramento Simples com Disjuntor de interligação 
 
• Duplo barramento simples 
 
• Barramento Principal e de Transferência 
 
• Barramento duplo com um disjuntor 
 
• Barramento duplo com disjuntor duplo 
 
• Barramento duplo de disjuntor e meio 
 
• Barramento em anel 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Mais Comuns 
• A topologia “Entrada Direta” é utilizada com: 
• Apenas uma entrada 
• Um transformador 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Entrada Direta Arranjos de Subestações 
Entrada 
Seccionadora 
Transformador 
Disjuntor 
Saída 
Chave Fusível 
Para-raio 
• Características: 
• A subestação possui somente uma barra de 
AT e/ou BT 
• Mais simples 
• Mais econômico 
• Menos seguro 
• Utilizado em SE de pequena potência 
• Todos os circuitos conectam-se a uma única 
barra com um disjuntor para cada circuito 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Barramento Simples 
• Vantagens: 
• Instalações simples 
• Menor área 
• Manobras simples, normalmente ligar e 
desligar circuitos alimentadores 
• Custo reduzido 
• Desvantagens: 
• Baixa confiabilidade 
• Falha ou manutenção no barramento resulta 
no desligamento da subestação 
• Falha ou manutenção nos dispositivos de 
proteção requerem a desenergização das 
linhas ligadas a ele 
• A ampliação do barramento não pode ser 
realizada sem a completa desenergização 
da subestação 
• A manutenção de disjuntor e religadores 
interrompe totalmente o fornecimento de 
energia para os consumidores 
correspondentes 
• Recomendável apenas para casos que se 
admitem cortes de energia 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Barramento Simples 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações 
• Características: 
• Presença de um disjuntor de barra 
• Flexibilidade para manobras em casos 
de manutenção 
• É indicado para operar com duas ou 
mais fontes de energia 
• Vantagens: 
• Maior continuidade no fornecimento 
• Serviços de manutenção sem 
desenergização total do sistema 
• A desenergização ocorre de forma 
setorial, somente a parte afetada será 
desconectada 
Barramento Simples com Disjuntor de Interligação 
• Desvantagens: 
• A manutenção de um disjuntor exige a desconexão da linha correspondente 
• Esquema de proteção mais complexo 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Barramento Simples com Disjuntor de Interligação 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Duplo Barramento Simples 
• Características: 
• Indicado para instalações 
consumidoras que requerem alta 
confiabilidade para cargas essenciais 
• Aceitam desligamentos rotineiros para 
cargas não essenciais 
• Encontradas nas subestações 
consumidoras do tipo hospital, hotel e 
muitos tipos de indústria 
• Vantagens: 
• Flexibilidade de conexão de circuitos 
para a outra barra 
• Qualquer disjuntor pode ser retirado de 
serviço para manutenção 
• Fácil recomposição 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Duplo Barramento Simples 
• Desvantagens: 
• Custo mais elevado 
• Falha no disjuntor de linha ou no 
barramento a ele ligado implica em 
perda das cargas não prioritárias 
devido à presença de disjuntor de 
intertravamento 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Barramento Principal e de Transferência 
• Características: 
• É o esquema mais utilizado em subestações 
• É o arranjo mais utilizado em instalações de grande porte e importância no setor 
elétrico 
• Oferece maior flexibilidade para serviços de manutenção, devido ao disjuntor de 
transferência 
• A manutenção é feita sem a perda dos circuitos de linha de saída 
• Cada linha pode ser conectada a qualquer barra 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Barramento Principal e de Transferência 
• Desvantagens: 
• Requer um disjuntor extra de transferência para conexão com a outra barra 
• Falha no barramento principal resulta no desligamento da subestação 
• Complexidade nas operações de manobra para isolar um disjuntor 
• Vantagens: 
• Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção 
• Flexibilidade com ambas as barras em operação 
• Qualquer uma das barras poderá ser isolada para manutenção 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Barramento Duplo com um Disjuntor 
• Características: 
• Evolução de esquema “Barramento 
Principal e de Transferência” 
• Qualquer barramento pode ser isolado 
• Utilizado em instalações de grande 
porte e importância no setor elétrico 
• Cada linha pode ser conectada a 
qualquer barramento 
• Vantagens: 
• Flexibilidade com ambos barramentos 
de em operação 
• Qualquer barramento pode ser isolado 
para manutenção 
• Facilidade de manobra de 
transferência de uma barra para outra, 
com o uso de um único disjuntor de 
transferência e chaves seccionadoras 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações 
• Desvantagens: 
• Requer um disjuntor extra para conexão com o outro barramento 
• São necessárias quatro chaves por circuito 
• Falha no disjuntor de transferência pode colocar a subestação fora de serviço 
Barramento Duplo com um Disjuntor 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Barramento Duplo com Disjuntor Duplo 
• Características: 
• Continuidade de fornecimento 
• Aplica-se em instalações de grande 
potência 
• Utilizado em subestações de EHV (extra-
alta tensão) 
• Vantagens: 
• Arranjo mais completo 
• Muito mais flexível 
• Maior confiabilidade 
• Qualquer uma das barras pode ser 
retirada de serviço a qualquer tempo para 
manutenção sem retirada de circuitos de 
serviço 
• Desvantagens: 
• Custo elevado 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Barramento Duplo de Disjuntor e Meio 
• Características: 
• Equivalente ao barramento duplo 
anterior, mas com uma importante 
simplificação 
• Utilização de um disjuntor e meio para 
cada entrada e saída, ao contrário de 
dois disjuntores por circuito no arranjo 
anterior 
• Mais econômico e tem praticamente a 
mesma confiabilidade 
• É mais utilizado no Brasil nos sistemas 
de 500 kV e 765 kV 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Barramento Duplo de Disjuntor e Meio 
• Vantagens: 
• Maior flexibilidade de manobra 
• Rápida recomposição 
• Falha em um dos barramentos não 
retira os circuitos de serviço 
• Desvantagens: 
• Demasiado número de operações 
envolvidas no ato de chaveamento e 
religamento dos equipamentos 
envolvidos 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Barramento em Anel 
• Características: 
• Cada circuito de saída tem dois 
caminhos de alimentação, o que o 
torna mais flexível 
• Não utiliza barramento principal 
• Diante a faltas, o anel pode ser 
separado em duas seções 
• Vantagens: 
• Flexibilidade na manutenção dos 
disjuntores, podendo qualquer 
disjuntor ser removido para 
manutenção sem interrupçãoda carga 
• Necessita apenas um disjuntor por 
circuito 
• Não utiliza conceito de barra principal 
• Grande confiabilidade 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações 
• Desvantagens: 
• Perda da formação em anel diante a 
uma falta 
• Religamento automático e circuitos de 
proteção são relativamente 
complexos 
Barramento em Anel 
Subestações 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Arranjos de Subestações Comparativo 
Arranjo Confiabilidade Custo Área Utilizada 
Barra Simples 
Menor 
Confiabilidade. 
Falhas simples 
podem ocasionar o 
desligamento da SE. 
Menor custo, 
devido a menor 
número de 
componentes 
Menor área 
Barra Principal e 
Transferência 
Baixa confiabilidade 
semelhante a barra 
simples. 
Melhor flexibilidade 
na operação e 
manutenção. 
Custo moderado. 
Poucos 
componentes 
Área pequena para 
a sua instalação. 
Barra Dupla um 
Disjuntor 
Confiabilidade 
moderada 
Custo moderado. 
Número de 
componentes um 
pouco maior. 
Área moderada. 
Barra Dupla 
Disjuntor Duplo. 
Confiabilidade 
Moderada. 
Custo elevado 
Grande Área. 
Dobro do número 
de componentes 
Barra Dupla, 
Disjuntor e Meio 
Alta confiabilidade. 
Falhas simples 
isolam apenas o 
circuito. 
Custo moderado. 
Número de 
componentes um 
pouco maior. 
Grande área. 
Maior número de 
componentes por 
circuito. 
Barramento em 
anel 
Alta confiabilidade. Custo moderado. Área moderada. 
Próxima Aula 
• Unidade II 
• Equipamento de Subestações 
 
• Sugestão: 
• Ver Ementa do Curso 
• Fontes de leitura [8], [10] a [12] e [18] 
 
• Boa Noite! 
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