Aula 6 Esquemas Eletricos

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS
ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA
AULA 6
Esquemas Elétricos Básicos das 
Subestações Elétricas
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
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ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA
Quando planejamos construir uma subestação, o aspecto de 
maior importância está na escolha (e, conseqüentemente, da 
definição) do chamado “esquema elétrico”. 
Este, nada mais é do que um diagrama unifilar simplificado 
da subestação que inclui, basicamente, os dispositivos de 
chaveamento (manobras) e de proteção principais.
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FATORES CONSIDERADOS NA ESCOLHA DO 
ESQUEMA ELÉTRICO DA SUBESTAÇÃO
Uma escolha criteriosa leva em conta vários fatores, muitos 
deles inter-relacionados e nem sempre separáveis. 
São eles:
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Previsão para uma expansão futura da subestaçãoAmpliações
Predominantes em empreendimentos pioneiros ou 
de interesse público
Políticos e 
Sociais
Área necessária, condições climáticas e 
ambientais, implicações ecológicas e estéticas
Locais
Disponibilidade financeira, custos de implantação 
e de manutenção, custo das perdas, custos das 
interrupções de serviço 
Econômicos
Continuidade de suprimento, requisitos 
operacionais e de manutenção
Técnicos
ASPECTOS RELEVANTESFATORES
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FATORES TÉCNICOS
• O fornecimento ininterrupto de energia e o custo de implantação
são motivos para uma análise custo x benefício.
• A continuidade no fornecimento a uma determinada carga é
afetada pelo número de interrupções em um determinado 
período, bem como a sua duração.
• A continuidade no fornecimento não depende apenas da 
subestação em si, mas também dos circuitos, LT’s etc. a ela 
conectados.
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FATORES TÉCNICOS (Cont.)
Algumas questões de ordem técnica são importantes:
• Os circuitos ligados à subestação permitem desligamento para
manutenção do disjuntor respectivo na periodicidade 
desejada?
• No caso de uma falta em um equipamento do circuito, este 
pode permanecer desligado até que seja consertado ou
substituído? Em caso negativo, é possível uma interrupção 
momentânea para manobra de um equipamento reserva?
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FATORES ECONÔMICOS
Custo do Investimento (excluindo-se o custo do terreno)
Custo das Perdas
Aprox. 10%Montagens eletromecânicas
20 a 30%Obras civis, estruturas e conexões de AT
15 a 25%Sistemas de proteção, controle e medição
48 a 55%Equipamentos principais de AT
Considerável onde haja potências de transformação de valores significativos
Desprezível nas subestações de manobra, sem transformação
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Custo das interrupções
FATORES ECONÔMICOS (cont.)
• Perda de produção
• Deterioramento dos insumos da
produção
• Danos nos equipamentos fabris
Para consumidores industriais
• Redução de receita
• Penalidades
• Mau relacionamento com os
consumidores
Para concessionárias
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FATORES LOCAIS
Área Necessária
Esquema elétrico mais complexo
Necessidade de maior área
Condições Climáticas 
e Ambientais
Regiões com poluição
Desligamento periódico para limpeza
(ex.: fábricas de cimento)
Implicações 
Ecológicas / Estéticas
Zonas urbanas
Requisitos arquitetônicos / 
paisagísticos
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FATORES POLÍTICOS E SOCIAIS
Políticos Subordinam-se aos interesses do governo
Sociais Necessidades decorrentes do 
crescimento demográfico 
associadas à economia
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FATORES ASSOCIADOS ÀS AMPLIAÇÕES / 
EXPANSÕES DA SUBESTAÇÃO
Ampliações / 
Expansões Futuras
Se a expansão / ampliação não tiverem sido 
previstas, pelo menos deve haver 
disponibilidade de área para efetivá-las.
Um bom planejamento deve permitir a 
evolução desde um esquema elétrico simples 
até um estágio complexo, de forma 
satisfatória e confiável.
O conhecimento prévio das possíveis 
expansões / ampliações facilita a 
implantação dos esquemas elétricos em 
todas as etapas, sem obras complexas e 
sem interrupção no fornecimento de energia.
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ESQUEMAS ELÉTRICOS USUAIS PARA 
SUBESTAÇÕES DE ALTA TENSÃO
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REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS 
ESQUEMAS ELÉTRICOS
• Usualmente os esquemas elétricos contemplam apenas:
� Entradas e saídas de linhas (fontes e alimentações)
� Chaves seccionadoras (manobras)
� Disjuntores (manobras e proteção)
� Barramentos (interligações)
• Existindo a transformação da tensão, os transformadores conectam
mais de um esquema elétrico nas diferentes tensões.
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ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO 
ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES
Permite ser ampliada para um esquema mais complexo
O uso de by pass só é admissível e vantajoso em casos particulares 
(específicos), onde não complique demasiado os circuitos de proteção
Permite saídas de linha em qualquer direção, sem cruzamentos (desde 
que as expansões / ampliações tenham sido previstas)
Requer desligamento total na barra para manutenção ou ampliação
Requer área mínima de pátio para arranjo físico
Baixa flexibilidade
Baixa confiabilidade
Boa facilidade de identificação dos circuitos
Máxima simplicidade
Baixo investimento inicial
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EXEMPLO DE BARRA SIMPLES EM 
SUBESTAÇÕES
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ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES 
SECCIONADA
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO 
ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES 
SECCIONADA
Quando ocorre uma falha, o número de consumidores atendidos que 
sofre com a interrupção é reduzido
Permite a distribuição a partir de duas fontes de suprimento e um bom 
número de saídas
Permite ampliação da barra (desde que operando apenas com a metade 
da subestação)
Permite manter a metade da subestação em operação por ocasião de 
uma falha (ou manutenção) na barra
O seccionamento aumenta área de pátio
Investimento maior em relação ao esquema elétrico com barra simples
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ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E 
DISJUNTOR SIMPLES
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO 
ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E 
DISJUNTOR SIMPLES
O custo em relação ao esquema elétrico com barra simples é maior em 
função da maior área de pátio requerida
É uma solução vantajosa caso haja previsão de serviço em separado 
das barras
Se as conexões à barra não forem todas elas do mesmo lado, a área de 
pátio aumenta em relação ao esquema elétrico com barra simples 
Permite manter toda subestação em operaçãodurante as ampliações
Permite manter toda subestação em operação durante a manutenção da 
interligação
Permite manter toda subestação em operação durante a manutenção de 
uma barra (A) ou (B)
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EXEMPLO DE BARRA DUPLA EM 
SUBESTAÇÕES
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ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA, 
DISJUNTOR SIMPLES E BY PASS
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO 
ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA, 
DISJUNTOR SIMPLES E BY PASS
Embora esse esquema tenha sido utilizado não só no Brasil mas 
também no exterior, não é de todo recomendável pelas características 
acima mencionadas
Requer um complicado sistema de proteção e intertravamento
O custo é superior ao do esquema barra dupla com disjuntor simples 
(mais equipamentos, mais conexões, etc.)
O by pass permite efetuar a manutenção do disjuntor (utilizando-se o 
disjuntor de interligação) sem desligar o circuito de saída
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ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRAS 
PRINCIPAL E DE TRANSFERÊNCIA
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA 
ELÉTRICO COM BARRAS PRINCIPAL E DE 
TRANSFERÊNCIA
Requer um quantitativo menor de seccionadoras em relação ao 
esquema anterior 
Facilidade de by pass dos disjuntores
Facilidade em permitir que o disjuntor (um de cada vez) seja substituído 
ou dada manutenção sem desligamento da carga
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ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E 
DISJUNTOR DUPLO
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA 
ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR 
DUPLO
Do ponto de vista de defeitos ou manutenção nas barras o desempenho 
é satisfatório pois as saídas podem ser mantidas ligadas a ambas 
barras, nada se perdendo ao desligar uma delas
Custo mais elevado em relação aos esquemas anteriores, uma vez que 
o número de disjuntores é maior (fator negativo para a escolha)
Permite a manutenção do disjuntor sem desligamento na saída 
respectiva
Não requer disjuntor de interligação entre barras
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ESQUEMA ELÉTRICO DISJUNTOR E MEIO
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA 
ELÉTRICO DISJUNTOR E MEIO
Cada par de circuitos está em uma seção de barra separada e há três 
conjuntos de disjuntor + chaves para cada dois circuitos
Aplicável a um mínimo de 4 saídas (melhor seriam 6), podendo se planejar 
um esquema inicialmente em anel para posteriormente transformá-lo em 
disjuntor e meio nas ampliações
Os equipamentos devem suportar a corrente de carga de duas saídas 
(disjuntor + chaves)
Costuma dar boa confiabilidade. Tem sido muito empregado no Brasil e 
nos Estados Unidos para subestações de EAT
O esquema como um todo é válido somente para disjuntores com TC’s em 
ambos os lados. Caso seja utilizado apenas um TC por disjuntor, perde-se 
as vantagens do esquema, pois pode ser desligado individualmente um 
elemento a mais para certos tipos de defeito.
Recomendado para subestações que manipulem grandes blocos de 
energia, devido à alta segurança contra perda de carga
Do ponto de vista de visualização é bastante complexo, uma vez que cada 
disjuntor não está associado a apenas uma saída
Opera com qualquer um dos pares de circuito separados do restante do 
esquema
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA 
ELÉTRICO DISJUNTOR E MEIO (cont.)
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ESQUEMA 
ELÉTRICO 
DISJUNTOR 
E UM TERÇO
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Pouco usado e pouco recomendável
Maior flexibilidade em relação ao esquema elétrico disjuntor e meio
Exige uma maior área de pátio
Apresenta uma maior complexidade no seu arranjo físico
CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA 
ELÉTRICO DISJUNTOR E UM TERÇO
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ESQUEMA ELÉTRICO BARRA DUPLA –
4 CHAVES
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA 
ELÉTRICO BARRA DUPLA – 4 CHAVES
Neste esquema elétrico, apenas a barra B pode ser utilizada como barra 
de transferência
Os circuitos com defeito podem ser transferidos para a barra sã e 
restabelecidos
A ocorrência de uma falha na barra leva à perda de todos os circuitos 
conectados à barra sob falha
A seleção de barra pode ser feita sob carga
Cada circuito tem a capacidade de se conectar a uma ou outra barra
Mais apropriado para sistemas de suprimento altamente interconectados
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ESQUEMA ELÉTRICO BARRA DUPLA –
5 CHAVES
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA 
ELÉTRICO BARRA DUPLA – 5 CHAVES
Neste esquema elétrico, ambas as barras (A e B) podem ser utilizadas
Os circuitos com defeito podem ser transferidos para a barra sã e 
restabelecidos
A ocorrência de uma falha na barra leva à perda de todos os circuitos 
conectados à barra sob falha
A seleção de barra pode ser feita sob carga
Cada circuito tem a capacidade de se conectar a uma ou outra barra
Mais apropriado para sistemas de suprimento altamente interconectados
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ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA EM ANEL 
SIMPLES
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA 
ELÉTRICO COM BARRA EM ANEL SIMPLES
Aplicável somente para um pequeno número de saídas pois, quando um 
disjuntor estiver em manutenção, a abertura do outro disjuntor não 
adjacente irá dividir o anel, podendo causar sérias perturbações no sistema
Assim como em qualquer circuito em anel, todos os elementos desse 
circuito deverão ser dimensionados para suportar a corrente total da 
instalação e não apenas para cada saída em particular
Requer maior área de pátio em relação ao esquema de barra simples 
equivalente
Cada circuito de saída permite dois caminhos de alimentação, tornando-o 
mais flexível
Requer o uso de apenas um disjuntor por circuito
Requer seccionador de isolamento em todas as saídas, de modo a permitir 
a recomposição do anel caso seja necessário deixar uma saída desligada 
provisoriamente
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ESQUEMA ELÉTRICO ANEL MÚLTIPLO OU 
MODIFICADO
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA 
ELÉTRICO ANEL MÚLTIPLO OU MODIFICADO
Permite arranjos mais compactos e de maior flexibilidade na disposição 
do equipamento em relação aos esquemas com barras principais.
Do ponto de vista operacional, sua visualização é mais complexa, 
estando cada disjuntor associado a duas saídas, havendo certas saídas 
ligadas a até 3 disjuntores
Valem as mesmas características apontadas para o anel simples quanto 
às saídas e o dimensionamento do anel
Melhora a confiabilidade emrelação ao anel simples, porém, em alguns 
casos de desligamento de um disjuntor como o outro fora de serviço, 
pode também dividir o anel em duas partes
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ARRANJO HÍBRIDO
� É a combinação de diferentes arranjos em uma subestação, seja
por superposição de dois esquemas elétricos, ou por adoção de 
diferentes arranjos em circuitos individuais;
� Geralmente possui alto custo;
� A multiplicidade de procedimentos de operação e manutenção 
pode conduzir a uma má operação e redução da segurança;
� Normalmente não recomendado.
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PROCEDIMENTOS DE REDE - ONS
• Configurações de barras para novas subestações:
� Pátio de 765, 500, 440, e 345 kV: arranjo barra dupla com disjuntor e
meio;
� Pátios 230 e 138 kV: arranjo barra dupla com disjuntor simples e
quatro chaves.
• São permitidas variantes destas configurações, desde que:
� Possa evoluir para os padrões citados anteriormente;
� Atenda aos requisitos mínimos do sistema de proteção,
supervisão/controle e de telecomunicações do módulo 2.5 do
Procedimento de Rede do ONS;
� Tenha desempenho, comprovado, igual ou superior aos padrões
estabelecidos.
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EXEMPLO DE UM ESQUEMA ELÉTRICO 
COMPLETO 
(DIAGRAMA UNIFILAR OPERACIONAL)
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