Subestacoes aulas 1a6

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Subestações de Energia Elétrica I
Universidade Federal Fluminense
Centro Tecnológico
Escola de Engenharia
Departamento de Engenharia Elétrica
TEE-04087
Prof. Pablo Mourente Miguel
1/2010
TEE-04087
Aula 01
Principais Tópicos
• Subestações Internas, Externas e Blindadas
• Esquemas elétricos de manobras
– Barramentos simples/múltiplos
– Disjuntores simples/múltiplos
• Coordenação de Isolamento
– Freqüência industrial - Poluição– Freqüência industrial - Poluição
– Sobretensões de manobra
– Sobretensões de impulso
• Arranjo físico de barramentos e equipamentos
• Sistemas de serviços auxiliares CA/CC
• Sistemas de aterramento
• Esquemas básicos de proteção, medição e controle
• Especificação de materiais
2
Definição de Subestação
• Subestação – Conjunto de equipamentos para:
– Manobra;
– Transformação;
– Compensação de reativos.
• Objetivo
– Dirigir o fluxo de energia e possibilitar a sua distribuição 
através de rotas alternativas;
• Proteção
através de rotas alternativas;
• Proteção
– Pessoal – evitar o contato de pessoas com pontos energizados, 
através da segregação das instalações e procedimentos 
operacionais adequados;
– Elétrica – detectar a ocorrência de faltas e desligar e 
isolar o menor trecho do sistema de modo a eliminar a 
falta.
Classificação das Subestações
• Quanto à função
– Subestação Transformadora – converte a tensão entre 
níveis diferentes,
• SE Elevadora – quando a tensão é transformada 
para um nível de tensão mais alto,
–Exemplo – Subestação numa usina de geração, eleva a 
tensão de 13,8 kV para 138 kV;
• SE Abaixadora – quando a tensão é transformada • SE Abaixadora – quando a tensão é transformada 
para um nível de tensão mais baixo,
–Exemplo – Subestação industrial, onde a tensão é 
reduzida de 138 kV para 13,8 kV.
– Subestação de Manobra ou Chaveamento
• Os circuitos são do mesmo nível de tensão, 
permitindo derivações e seccionamentos.
Classificação das Subestações
• Quanto à instalação dos equipamentos
– Abrigada ou Interna
• Os equipamentos são instalados abrigados dos efeitos 
climatológicos, como chuva, vento e insolação direta,
–Subestações isoladas a ar;– Subestações isoladas a ar;
– Subestações isoladas a SF6
– Externa ou ao tempo
• Os equipamentos são instalados ao tempo, estando 
sujeitos às condições ambientais, tais como insolação 
direta, chuva, vento, poluição, etc... 
Principais equipamentos de uma Subestação
• Barramentos
– Rígidos
– Flexíveis
• Manobra
– Chaves
• Seccionadoras
– Chaves
• Seccionadoras
• Disjuntores
• Transformação
– Transformador de Potência
– Transformadores de Instrumentação
Principais equipamentos de uma Subestação
• Compensação de Reativos
– Reator em derivação ou série
– Capacitor em derivação ou série
– Compensador síncrono
– Compensador estático
• Proteção• Proteção
– Pára-raios
– Relés
– Fusíveis
• Medição
Arranjo da Subestação
• Entrada direta – quando só 
há um transformador a 
conexão pode ser direta, sem 
a necessidade de um 
barramento
• Radial simples – usado em 
instalações industriais de 
pequeno e médio porte
Arranjo da Subestação
• Barramento simples - Aceitável 
para instalações pequenas, a chave 
seccionadora permite separar um 
trecho para manutenção
1 entrada 1 entrada com “bypass” 2 entradas não simultâneas 2 entradas simultâneas
Arranjo da Subestação
• Barramento simples seccionado – para aumentar a flexibilidade 
operacional, permitindo desligar um trecho e manter o restante 
operando.
Seccionamento em vazio Seccionamento em carga
Arranjo da Subestação
• Barramento duplo (ou barra simples com barra de transferência) –
Preferido para instalações maiores, a manutenção do barramento 
pode ser feita sem interrupção de suprimento
Arranjo da Subestação
• Barramento duplo com barra de transferência – Neste arranjo 
além do barramento também o disjuntor pode ser isolado para 
manutenção sem interromper o suprimento.
Arranjo da Subestação
• Disjuntor duplo – Neste arranjo são usados dois disjuntores por 
saída de alimentador/linha e assim a manutenção de qualquer 
disjuntor pode ser feita sem interrupção de suprimento.
Arranjo da Subestação
• Disjuntor e meio – Neste arranjo utiliza-se três disjuntores para 
cada duas saídas, ou seja um disjuntor e meio por saída de 
alimentador/linha. Dessa forma a manutenção de qualquer 
disjuntor pode ser feita sem interrupção de suprimento.
Arranjo da Subestação
• Cross-tie – Neste arranjo pode ser efetuada a manutenção do 
barramento sem interromper o suprimento, para isso as saídas 
adjacentes são interligadas pelo CROSS-TIE.
Arranjo da Subestação
• Barramento em anel – Neste arranjo é usado um número de 
disjuntores igual ao número de saídas, mas se consegue isolar cada 
disjuntor para manutenção sem interrupção do suprimento.
Bibliografia
• Mourente Miguel, Pablo – Considerações sobre Conexões Elétricas – 2005
• BBC – Switchgear Manual – Brown, Boveri & CIE – 1975
• Mourente Miguel, Pablo – Considerações sobre o dimensionamento de barramentos 
– 2005
• Mourente Miguel, Pablo – Coordenação de Isolamento em Linhas e Subestações de 
Alta Tensão - 2009
• IEEE Std C37.20.1 – IEEE Standard for Metal-Enclosed Low-Voltage Power Circuit 
Breaker Switchgear - 1993
• Weedy B. M. – Electric Power Systems – Chapter 11 – Overhead Lines and • Weedy B. M. – Electric Power Systems – Chapter 11 – Overhead Lines and 
Underground Cables – John Wiley & Sons – 1979
• ABNT NBR 5389 – Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão – Método 
de ensaio – 1981
• ABNT NBR 6936 – Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão –
Procedimento – 1981
• ABNT NBR 6937 – Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão –
Dispositivos de medição – procedimento – 1981
• ABNT NBR 5282 – Capacitores de Potência em derivação para sistemas 
de tensão nominal acima de 1000 V
• ABNT NBR IEC 62271-100 – Equipamentos de Alta-Tensão – Parte 
100: Disjuntores de alta-tensão de corrente alternada
17
Bibliografia
• IEEE Std 1313.1 – IEEE Standard for insulation Coordination – Definitions, 
Principles and Rules – 1996 (R2002)
• IEEE std 1313.2 – IEEE Guide for the Application of Insulation Coordination –
1999
• IEEE Std C37.99-2000 – IEEE Guide for the Protection of Shunt Capacitor Banks
• IEEE Std. 824-1994 – IEEE Standard for Series Capacitors in Power Systems
• ER – Reatores – Tipo seco com núcleo de ar – catalogo ago/88
• IEEE Std 998-1996 – IEEE Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of 
SubstationsSubstations
• IEEE Std 1243 – IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of 
Transmission Lines
• IEEE Std 522 – IEEE Guide for Testing Turn Insulation of Form-Wound Stator Coils 
for Alternating-Current Electric Machines – 2004
• IEEE Std C62.22-1997 IEEE Guide for the Application of Metal-Oxide Surge 
Arresters for Alternating-Current Systems
• IEEE Std C37.013 –1997 – IEEE Standard for AC High-Voltage Generator Circuit 
Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis – 1997
Bibliografia
• IEC 60071-1 (1993) – Insulation coordination – Part I – General definitions and 
test requirements
• IEC 60071-2 (1996) – Insulation coordination application guide
• IEC 60099-1 (1991) Surge Arresters – Part 1 – Non-linear resistor type gapped 
arresters for AC systems
• IEC 60099-1 (1991) Surge Arresters – Part 4 – Metal-oxide arresters without 
gaps for AC systems
Avaliação → Notas
• Primeira prova → P1 (10,0)
– Assunto: circuitos de corrente contínua, circuitos 
magnéticos, circuitos de corrente alternada
– Data sugerida: 05/05/2010 (quarta-feira)
• Segunda prova → P2 (10,0)• Segunda prova → P2 (10,0)
– Assunto: transformadores, geradores e motores decorrente contínua, máquinas elétricas girantes, 
instalações elétricas, luminotécnica
– Data sugerida: 23/06/2010 (quarta-feira)
20
Avaliação → Notas
• Média = (P1 + P2)/2
– Média ≥ 6,0 → APROVADO
– Média < 4,0 → REPROVADO
– 4,0 ≤ Média < 6,0 → VERIFICAÇÃO SUPLEMENTAR
• Verificação suplementar → VS (10,0)• Verificação suplementar → VS (10,0)
– Assunto: todo o conteúdo ministrado
– Data sugerida: 08/12/2009
– VS ≥ 6,0 → APROVADO
– VS < 6,0 → REPROVADO
21
Avaliação → Notas
• Média Final = Média ou VS
• Reposição
– Consultar Resolução CEP/UFF No 294 de 27/09/2006 
(Regulamento de Cursos de Graduação)(Regulamento de Cursos de Graduação)
22
Avaliação → Freqüência
• Conforme Resolução CEP/UFF No 294 de 27/09/2006 
(Regulamento de Cursos de Graduação):
– O aluno estará aprovado por freqüência (f) se 
comparecer a pelo menos 75% das aulas dadascomparecer a pelo menos 75% das aulas dadas
• Se f ≥ 75% → APROVADO
• Se f < 75% → REPROVADO
23
Subestações de Energia Elétrica I
Universidade Federal Fluminense
Centro Tecnológico
Escola de Engenharia
Departamento de Engenharia Elétrica
TEE-04087
Prof. Pablo Mourente Miguel
1/2010
TEE-04087
Aula 02
Principais Tópicos
• Subestações Internas, Externas e Blindadas
• Esquemas elétricos de manobras
– Barramentos simples/múltiplos
– Disjuntores simples/múltiplos
• Coordenação de Isolamento
– Freqüência industrial - Poluição– Freqüência industrial - Poluição
– Sobretensões de manobra
– Sobretensões de impulso
• Arranjo físico de barramentos e equipamentos
• Sistemas de serviços auxiliares CA/CC
• Sistemas de aterramento
• Esquemas básicos de proteção, medição e controle
• Especificação de materiais
2
Caracterização do isolamento de equipamentos
Classificação do equipamento quanto ao nível de tensão:
Classe I que compreende
Média Tensão (1 a 72,5 kV) e Alta Tensão (72,5 a 242 kV)
Estes isolamentos são dimensionados a partir de:
• Tensão suportável de curta duração na freqüência industrial• Tensão suportável de curta duração na freqüência industrial
• Tensão suportável frente a impulso atmosférico (BIL)
Classe II – Extra Alta Tensão – acima de 242 kV
Os isolamentos da classe II , são dimensionados a partir de:
• Tensão suportável frente a sobretensão de manobra (BSL)
• Tensão suportável frente a impulso atmosférico (BIL)
Coordenação de Isolamento
Coordenação de Isolamento
A coordenação de isolamento consiste em escolher a suportabilidade dos 
isolamentos acima das sobretensões esperadas para o sistema, de tal 
modo a obter-se um risco de falha aceitável. 
O conceito de risco aceitável depende de considerações econômicas sobre 
o custo dos equipamentos e de continuidade de serviço. 
Esse risco pode ser expresso em termos de desligamentos por ano ou 
probabilidade de falha.
Coordenação de Isolamento
Definição das margens de proteção
A razão de proteção é definida como a relação entre o valor nominal atribuído à 
suportabilidade do isolamento frente a um determinado tipo de sobretensão e ao valor 
de sobretensão desse tipo que pode aparecer no equipamento. Define-se então uma 
razão de proteção para impulso atmosférico, para sobretensão de manobra, para frente 
de onda e para freqüência industrial, sendo essa razão dada por:
ISOLVPR
V
=
onde VISOL- Suportabilidade nominal atribuída ao isolamento ou equipamento,
VST - Valor de sobretensão calculado para o sistema.
A margem de proteção será então expressa em percentagem, sendo dada por:
ISOL
ST
PR
V
=
( )PM 100 PR 1 %= × −
Coordenação de Isolamento
Vm
Tensão máxima do sistema
Fase-fase
(kVrms)
Tensão suportável na
freqüência industrial
Fase-Terra
(kVrms)
BIL
Nível Básico de Isolamento frente 
a impulso
Fase-Terra
(kVcrista)
15 34 95110
26,2 50 150
36,2 70 200
48,3 95 250
72,5 95140
250
35072,5 140 350
121
140
185
230
350
450
550
145
230
275
325
450
550
650
169
230
275
325
550
650
750
242
275
325
360
395
480
650
750
825
900
1050
Coordenação de Isolamento
Vm
Tensão máxima do sistema
Fase-fase
(kVrms)
BIL
Nível Básico de Isolamento 
frente a impulso
Fase-Terra
(kVcrista)
BSL
Nível Básico de Isolamento 
frente a surto de manobra
Fase-Terra
(kVcrista)
362
900
975
1050
1175
1300
650
750
825
900
9751300 9751050
550
1300
1425
1550
1675
1800
1175
1300
1425
1550
800
1800
1925
2050
1300
1425
1550
1675
1800
Coordenação de Isolamento
Coordenação de isolamento frente a sobretensões temporárias
Esse tipo de sobretensão é essencialmente uma solicitação na 
freqüência industrial, sendo caracterizado por amplitude e duração. 
A origem dessas sobretensões pode ser:
• Ocorrência de faltas (principalmente faltas fase-terra);
• Rejeição de carga;
• Energização de transformadores;• Energização de transformadores;
• Ressonância e ferro-ressonância.
Deve ser notado que os pára-raios não são destinados a limitar as 
sobretensões temporárias, posto que a energia dissipada será muito 
elevada. Em alguns casos especiais podem ser instalados associações 
de pára-raios em paralelo para limitar essas sobretensões, mas 
nesse caso trata-se de pára-raios especialmente dimensionados 
para essa função.
Coordenação de Isolamento
Sobretensões temporárias causadas por faltas
A ocorrência de uma falta assimétrica provoca o surgimento de uma 
sobretensão temporária na freqüência industrial entre fase e terra, nas 
fases não afetadas pelo defeito.
A origem mais freqüente dessas sobretensões é uma falta fase-terra, quando 
aparece uma sobretensão nas outras duas fases do sistema. A amplitude e 
duração dessa sobretensão depende do aterramento do sistema:
• Efetivamente aterrado – A amplitude da sobretensão temporária é expressa 
pelo fator de falta a terra, sendo dado pelo valor em pu da tensão nas fases 
não afetadas (k=1,3) e duração inferior a 1 segundo;não afetadas (k=1,3) e duração inferior a 1 segundo;
• Aterramento ressonante - e duração inferior a 10 segundos.
Durante as operações de eliminação de faltas, pode ocorrer que um trecho isolado do 
sistema venha a ficar não efetivamente aterrado. Nesse caso um defeito fase-terra 
nesse trecho isolado levaria a sobretensões elevadas. Para evitar essa ocorrência 
recorre-se ao aterramento rápido dos pontos de neutro ou à instalação de pára-raios 
no neutro, cujo objetivo é ligar o neutro à terra durante a ocorrência de defeito e assim 
permitir o funcionamento das proteções. A energia dissipada pelo pára-raios deve ser 
avaliada, posto que esse pára-raios irá conduzir a corrente capacitiva do sistema 
durante o tempo necessário à atuação das proteções e deve levar-se em conta a 
possibilidade de a eliminação da falta ser efetuada pela proteção de retaguarda. 
k 3≥
Coordenação de Isolamento
Sobretensões temporárias causadas por rejeição de carga
As sobretensões originadas por rejeição de carga dependem da topologia do 
sistema, principalmente depois da rejeição. Dependem também dos 
reguladores de tensão e velocidade dos geradores e da quantidade de carga 
rejeitada.
O cálculo das sobretensões devidas à rejeição de carga está fora do escopo 
deste texto, por isso serão estabelecidos apenas os parâmetros básicos para 
a consideração das sobretensões.
• Estação de Geração – No caso de rejeição total de carga a sobretensão 
pode atingir a 1,5 pu com uma duração de até 3 segundos. A pode atingir a 1,5 pu com uma duração de até 3 segundos. A 
sobretensão observada nos disjuntores (sobretensão longitudinal) será a 
diferença entre a sobretensão fase-terra no lado da geração e a tensão 
fase-terra no lado do sistema. Em situação de oposição de fase asobretensão longitudinal pode alcançar a 2,5 pu;
• Subestação do sistema – Normalmente a sobretensão por rejeição de carga 
fica limitada a 1,2 pu com duração da ordem de segundos. Em sistemas 
com linhas longas a sobretensão pode alcançar a 1,5 pu. A sobretensão 
longitudinal é normalmente igual à sobretensão fase-terra, a menos que 
existam geradores ou grandes motores, quando pode vir a ocorrer uma 
situação de oposição de fase.
Coordenação de Isolamento
Coordenação de Isolamento
Sobretensões temporárias provocadas por ferro-ressonância
Estas sobretensões aparecem devido a alguma mudança na topologia 
do circuito, por uma manobra ou uma falta, que faz com que a 
capacitância de elementos do sistema (linhas, cabos e capacitores 
série) entre em ressonância com a indutância de elementos não 
lineares (transformadores e reatores shunt). Um caso típico é a 
ressonância entre os capacitores de gradação de tensão em ressonância entre os capacitores de gradação de tensão em 
disjuntores com a indutância de transformadores.
Essa sobretensões podem alcançar valores em torno de 3 pu e 
persistir até que o sistema seja desligado ou efetuada uma nova 
manobra. Devem ser evitadas fazendo-se que a freqüência de 
ressonância não seja alcançada, por alteração do sistema ou por 
meio de resistores de dissipação.
Esta situação será abordada mais adiante.
Coordenação de Isolamento
Sobretensões temporárias causadas pela energização de 
transformadores
A energização de transformadores provoca o surgimento da corrente de 
“inrush” e sobretensão nos terminais do transformador. Essa 
situação pode durar alguns segundos e a amplitude pode variar de 
1,5 a 2,0 pu. Este assunto será abordado mais adiante.
Gaps, Cadeias e Colunas de Isoladores
Caracterização das Sobretensões
•Tensão Máxima de Operação (Vm=0,9 a 1,05 Vnom)
•Temporária
•Duração de segundos a minutos
•Transitória
•Duração inferior a ms
•Impulso•Impulso
•Tempo de crista de 0,1 a 20 µs
•Tempo de cauda < 300 µs
•Manobra
•Tempo de crista de 20 a 5000 µs
•Tempo de cauda N 20000 µs
•Frente Rápida de Curta Duração
•Surto com sinais de altas freqüências superpostas
Sobretensão - Impulso
Tempo de crista de t1 = 0,1 a 20 µs
Tempo de cauda t2 < 300 µs
padronizado – 1,2 x 50 µs ( )90 301 90 30t tt 1,667 t t0,90 0,30
−
= ≈ −
−
.
Sobretensão – Impulso Cortado
Tempo de corte de 2 a 6 µs
A oscilação de polaridade reversa deve ser inferior a 20% da crista
.
Sobretensão – Impulso - Espectro
.
Sobretensão - Manobra
Tempo de crista de t1= 20 a 5000 µs
Tempo de cauda t2< 20000 µs
padronizado – 250 x 2500 µs
.
( )
90 30
1
1 90 30
t t
t
0,90 0,30
t 1,667 t t
−
=
−
≈ −
Sobretensão – Frente Rápida de 
Curta Duração
Crista de t1= 3 a 100 µs Cauda t2< 3000 µs
Freqüência superposta: f1 = 0,3 a 100 MHz f2 = 30 a 300 kHz
.
Suportabilidade de Isolamentos
Os isolamentos são caracterizados por uma suportabilidade 
nominal do isolamento, essa suportabilidade é definida por valores 
padronizados e comprovados através de ensaios. 
Os valores definidos são:
•BIL ou NBI – Nível básico de Isolamento frente a impulso 
atmosférico;atmosférico;
•BSL – Nível básico de isolamento frente a sobretensões de 
manobra;
•Tensão suportável – Nível de tensão suportável frente a tensão na 
freqüência industrial.
Suportabilidade de Isolamentos
Os isolamentos podem ser classificados em:
•Auto-regenerativos – isolamento que recupera integralmente a 
capacidade isolante após sofrer uma descarga disruptiva, 
geralmente trata-se de isolamentos gasosos, ar ou SF6;
•Não auto-regenerativo – isolamento que perde total ou •Não auto-regenerativo – isolamento que perde total ou 
parcialmente a capacidade isolante após sofrer uma descarga 
disruptiva, geralmente trata-se de isolamentos sólidos.
Suportabilidade de Isolamentos
A suportabilidade pode ser definida em termos de:
•Valor convencional - valor da sobretensão que aplicada ao isolamento não 
deve provocar nenhuma evidência de descarga;
•Valor estatístico – valor da sobretensão para o qual o isolamento 
apresenta uma dada probabilidade de suportar, por exemplo:
•BIL estatístico - valor correspondente a 90% de probabilidade de ser •BIL estatístico - valor correspondente a 90% de probabilidade de ser 
suportado, ou seja, com probabilidade de falha de 10%;
•BSL estatístico - valor correspondente a 90% de probabilidade de ser 
suportado, ou seja, com probabilidade de falha de 10%;
•Tensão suportável estatística – Valor da tensão na freqüência industrial 
correspondente a uma dada probabilidade de falha, geralmente 0,1%.
Influência da Polaridade
Isolamento auto regenerativo
Quando o material recupera as suas 
características dielétricas sem a 
necessidade de intervenção.
A polaridade é definida pelo eletrodo 
submetido à maior intensidade de 
campo elétrico.
Em isolamentos auto regenerativos, como ar e 
SF6, a polaridade positiva leva a menores valores 
para a tensão de descarga.
submetido à maior intensidade de 
campo elétrico.
No caso da figura, 
V1>V2 -> pol +
V1<V2 -> pol -
Tratamento estatístico de um isolamento
• Nos isolamentos não auto-regenerativos se admite que a 
probabilidade de suportar uma tensão igual ou inferior ao valor 
atribuído de BIL ou BSL seja de 100% e para valores superiores 
seja zero.
• Para isolamentos auto-regenerativos a suportabilidade pode ser 
descrita por uma distribuição de probabilidades acumuladas de 
Gauss, caracterizada por U (valor médio) e σ (desvio padrão). Gauss, caracterizada por U50 (valor médio) e σ (desvio padrão). 
Essa curva é considerada válida para até quatro vezes o desvio 
padrão abaixo do valor médio. 
• Os valores que caracterizam essa distribuição são obtidos a partir 
de métodos de ensaio prescritos em normas especificas. 
• O valor de BIL e BSL é por definição correspondente a 10% de 
probabilidade de disrupção é dado por:
50V(P 10%) U 1,28= = − σ
Tratamento estatístico de um isolamento
Experimentalmente considera-se o desvio padrão dado por:
• Para impulso atmosférico -
• Para sobretensões de manobra em linhas e torres -
• Para sobretensões de manobra em subestações -
Adicionalmente para a avaliação da taxa de desligamentos 
500, 03 Uσ ≈
500, 05 Uσ ≈
500, 07 Uσ ≈
Adicionalmente para a avaliação da taxa de desligamentos 
frente a sobretensões de manobra é definido um valor de 
tensão estatisticamente suportável, correspondente a 3 
desvios padrão abaixo de U50,ou seja , 
correspondente a uma probabilidade de falha abaixo de 0,1 %.
3 50V U 3= − σ
Caracterização do isolamento de equipamentos
Classificação quanto ao nível de tensão:
Classe I que compreende
Média Tensão (1 a 72,5 kV) e Alta Tensão (72,5 a 242 kV)
Estes isolamentos são dimensionados a partir de:
• Tensão suportável de curta duração na freqüência industrial• Tensão suportável de curta duração na freqüência industrial
• Tensão suportável frente a impulso atmosférico (BIL)
Classe II – Extra Alta Tensão – acima de 242 kV
Os isolamentos da classe II , são dimensionados a partir de:
• Tensão suportável frente a sobretensão de manobra (BSL)
• Tensão suportável frente a impulso atmosférico (BIL)
Gaps, Cadeias e Colunas de Isoladores
Distancia mínima das partes vivas da instalação
A distancia mínima de qualquer trecho energizado da instalação, 
que não esteja protegido contra acessos indevidos, deverá ser 
conforme indicado na tabela.
Distancia mínima (mm)
72,5 kV 145 kV 245 kV 420 kV72,5 kV 145 kV 245 kV 420 kV
altura da base do isolador 2250 2250 2250 2250
terra e parte viva mais baixa 3000 3770 4780 5480
entre fases 1050 1300 21004200
entre fase e terra 630 1300 2100 3400
para a parte viva mais próxima 3000 3270 4280 4980
Influência das condições ambientais
Os valores de suportabilidade de tensão são referidos às 
seguintes condições ambientais:
• Segundo IEC e ABNT
Temperatura do ar –
Pressão atmosférica –
0 20 CΘ = °
5
0b 1013mbar 1,013 10 Pa 760mmHg= = × =Pressão atmosférica –
Umidade absoluta –
• Segundo IEEE
Temperatura do ar –
Pressão atmosférica –
Umidade absoluta –
0b 1013mbar 1,013 10 Pa 760mmHg= = × =
0 3
gh 1 1
m
=
5
0b 1013mbar 1,013 10 Pa 760mmHg= = × =
0 25 CΘ = °
0 3
gh 15
m
=
Influência das condições ambientais
A suportabilidade do isolamento é afetada por:
•Densidade do ar;
•Poluição;
•Umidade;
Influência da densidade do ar
A densidade relativa do ar é considerada igual a 1, nas condições de referência da IEC-
ABNT, assim a variação é relacionada com a pressão e a temperatura:
sendo b – pressão atmosférica expressa em mbar e Θ a temperatura expressa em °C.
A variação da pressão atmosférica com a altitude, expressa em km, é dada por:
e assim pode-se estabelecer a relação entre a densidade do ar e a altitude.
0 , 28924 b
273
δ =
+ Θ
0,116 hb 1013 e mbar−= 1000 mbar=100 kPa
e assim pode-se estabelecer a relação entre a densidade do ar e a altitude.
A tensão suportável varia com a densidade relativa do ar sendo expressa por 
• Na freqüência industrial
onde d – distância do isolamento ou comprimento da cadeia.
( ) ( )50 50U U 1βδ = δ δ =
1 para d 1 m
d1 para 1 d 7m
7
0 para d 7 m
β = ≤
β = − < <
β = >
Influência da densidade do ar
A densidade relativa do ar é considerada igual a 1, nas condições de referência da IEC-
ABNT, assim a variação é relacionada com a pressão e a temperatura:
sendo b – pressão atmosférica expressa em mbar e Θ a temperatura expressa em °C.
A variação da pressão atmosférica com a altitude, expressa em km, é dada por:
e assim pode-se estabelecer a relação entre a densidade do ar e a altitude.
0 , 28924 b
273
δ =
+ Θ
0,116 hb 1013 e mbar−= 1000 mbar=100 kPa
e assim pode-se estabelecer a relação entre a densidade do ar e a altitude.
A tensão suportável varia com a densidade relativa do ar sendo expressa por 
• Para surtos de manobra
onde 
( ) ( )m50 50U U 1δ = δ δ =
( )0 0m 1, 25 G G 0, 2= −
50
0
U
G
500 d
=
Influência da umidade
O aumento de umidade provoca um aumento na tensão suportável 
frente a impulso atmosférico e sobretensões de manobra, a não ser 
nos casos em que existe a possibilidade de condensação na superfície 
do isolamento (como nas cadeias de isoladores). 
Nos valores de suportabilidade frente a freqüência industrial, 
principalmente nos casos em que a poluição é o fator determinante principalmente nos casos em que a poluição é o fator determinante 
não se aplica a correção pela variação de umidade.
Carta Psicrométrica
Influência da Poluição
Quando existe poluição o isolamento na freqüência industrial pode vir a 
tornar-se o critério principal de dimensionamento.
A descarga disruptiva sob os efeitos da poluição se dá no isolamento externo, 
por uma descarga na interface entre o isolamento sólido (vidro, porcelana, 
etc.) e o ar. Para isso existe a necessidade das seguintes condições 
simultaneamente:
• Contaminação da superfície do isolador;
• Umidade depositada na superfície do isolador provocada por chuva leve, 
orvalho, neblina ou condensação, mas de tal forma que não ocorra a 
limpeza e remoção da camada poluente depositada.
Influência da Poluição
• Contaminação da superfície do 
isolador;
• Umidade depositada na superfície 
do isolador provocada por chuva leve, 
orvalho, neblina ou condensação, mas de tal 
forma que não ocorra a limpeza e remoção da 
camada poluente depositada.
A mistura dos poluentes com a 
umidade produz um filme 
condutor, e uma corrente circula 
pela camada poluente. Ocorre a 
condutor, e uma corrente circula 
pela camada poluente. Ocorre a 
secagem de pequenas regiões. 
Nessas regiões secas aparecerá 
então a tensão total entre fase e 
terra, o que provoca a formação 
de um arco sobre essa pequena 
região seca. Com o calor gerado 
pelo arco a região seca se expande 
a eventualmente o arco é longo o 
suficiente para acabar provocando 
uma descarga.
Influência da Poluição
A contaminação reduz a suportabilidade do isolamento frente à freqüência 
industrial, assim determina-se através de ensaios a distribuição de probabilidades 
que caracteriza o isolamento sob condições padronizadas de contaminação. A 
distribuição de probabilidade ajustada é uma distribuição de Gauss, caracterizada 
por .
Uma vez que a solicitação máxima imposta ao isolamento será a tensão fase-
terra, considerando também as sobretensões temporárias, o critério de projeto 
vem a ser, fazer com que a solicitação máxima fique abaixo do valor da tensão 
50 f 50U e 0,10 Uσ ≈
vem a ser, fazer com que a solicitação máxima fique abaixo do valor da tensão 
suportada estatística (V3) que corresponde a uma probabilidade de falha igual a 
0,1%, sendo dada por 
. 
Assim faz-se com que a maior tensão entre fase e terra, incluindo as sobretensões 
temporárias, seja menor ou igual à tensão suportada estatística.
A maior sobretensão temporária na freqüência industrial entre fase e terra 
ocorre ou por falta fase-terra ou por rejeição de carga. Essa sobretensão varia 
de 60% a 105% da tensão nominal entre fases do sistema.
3 50 f 50V U 3 0,7 U= − σ ≈
Severidade da poluição
A contaminação da superfície do isolador pode ocorrer por poluição industrial ou por depósito 
de sal proveniente da proximidade do mar. Em qualquer situação os contaminantes 
formam uma película condutora e por facilidade foi padronizado representar a severidade 
da poluição pela densidade equivalente de deposito salino (ESDD) que produz a mesma 
resistividade da película condutora. A condutividade da película condutora é 
aproximadamente 100 vezes a ESDD e a salinidade expressa em kg/m3
aproximadamente 140 vezes a ESDD.
Severidade da 
poluição no local
ESDD (mg/cm2)
CIGRE IEEEpoluição no local CIGRE IEEE
Nenhuma 0,0075 – 0,0015
Muito leve 0,0015 – 0,03 0 – 0,03
Leve 0,03 – 0,06 0,03 – 0,06
Media – Moderada 0,06 – 0,12 0,06 – 0,10
Elevada 0,12 – 0,24 > 0,10
Muito Elevada 0,24 – 0,48
Excepcional > 0,48
Influência da Poluição
Suportabilidade do isolamento frente a poluição segundo IEEE
A suportabilidade do isolamento é expressa em , sendo definida pela relação 
entre a tensão suportável e a distância de escoamento. A distância de 
escoamento é medida ao longo da superfície do isolador, sendo que o isolador 
de disco padrão de 146 mm x 254 mm apresenta uma distância de 
escoamento de 292 mm. Os isoladores anti-poluição apresentam uma 
distância de escoamento da ordem de 432 a 600 mm.
Influência da Poluição
Classificação
ESDD
(mg/cm2)
Isoladores padrão
(kVfase-terra/mm)
Isoladores anti-poluição
(kVfase-terra/mm)
Cadeia I Cadeia V Cadeia I Cadeia V
Muito leve 0,03 86,9 98,6 91 99
Leve 0,06 67,5 82,0 74 88
Moderada 0,10 59,3 74,8 64 82
Elevada 0,40 49,3 66,0 56 73
Tensão 
nominal 
Número de isoladores de disco padrão necessários conforme severidade da poluição
nominal 
do sistema
(kV)
Muito Leve Leve Moderada Elevada
Cadeia I Cadeia V Cadeia I Cadeia V Cadeia I Cadeia V Cadeia I Cadeia V
138 6 6 8 7 9 7 11 8
161 7 7 10 8 11 9 13 10
230 11 10 14 12 16 13 19 15
345 16 15 21 17 24 19 29 22
500 25 22 32 27 37 29 44 33
765 36 32 47 39 53 42 64 48
Influência da Poluição
Suportabilidade do isolamento frente a poluição segundo CIGRE
O método de dimensionamento proposto pelo CIGRE se baseia na determinaçãode uma distância de escoamento especifica (LC) para cada tensão, que é 
determinada a partir da severidade da poluição, ou seja, da ESDD. Nesses 
ensaios foi definida a tensão suportável como correspondendo a uma 
probabilidade de falha de 5 a 10% mais uma margem de segurança de 25% e 
não a definição padronizada de tensão suportada estatística (V3). Pode-se no 
entanto, estabelecer uma correlação entre a tensão suportada usada nos entanto, estabelecer uma correlação entre a tensão suportada usada nos 
ensaios de poluição dos métodos CIGRE com a tensão suportada estatística,
e assim o dimensionamento pela metodologia do CIGRE leva a um 
dimensionamento mais conservador, com uma distância de isolamento maior.
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )
50 f 50
50 f 50
3 50 f 50
V 5% Mseg de 25% 0,75 V 5% 0,75 U 1,64 0,627 U
V 10% Mseg de 25% 0,75 V 10% 0,75 U 1, 28 0,654 U
V V 0,1% U 3 0,7 U
− = = − σ =
− = = − σ =
= = − σ =
Influência da Poluição
Os resultados obtidos variam de acordo com o método usado nos ensaios:
•Método da névoa salina 
onde Sa - densidade de sal na água usada no teste, expressa em kg/m3;
•Método Kieselguhr
0,224 0,224
C aL 2,34 S 7,09 ESDD= =
0,387 0,387
C wL 1, 42 8,15 ESDD= σ =
onde σW - condutividade da película superficial no isolador, expressa em µS;
•Método da suportabilidade de névoa
0,387 0,387
C wL 1, 42 8,15 ESDD= σ =
0,246
CL 7, 14 ESDD=
Influência da Poluição
Suportabilidade do isolamento frente a poluição segundo IEC 
A norma IEC 60071-2 [1] recomenda uma distância de escoamento para isoladores 
cerâmicos ou de vidro em função da severidade da poluição. 
Severidade 
da poluição
Exemplos de situações que apresentam 
o grau de severidade descrito
Distância mínima de 
escoamento especifica
(mm/kVfase-terra)
I
Leve
•Áreas sem industrias e com baixa densidade residencial
•Área com baixa densidade de industrias ou residências, mas sujeita a 
freqüentes chuvas e ventos
•Áreas agrícolas
•Áreas montanhosas
•Todas estas áreas devem ser situadas a pelo menos 10 a 20 km do litoral 
e não diretamente expostos a ventos do oceano
27,7
Áreas com industrias com pouca produção de fumaça ou densidade 
[1] IEC 60071-2 (1996) – Insulation coordination application guide
II
Média ou 
Moderada
•Áreas com industrias com pouca produção de fumaça ou densidade 
residencial média
•Áreas com alta densidade de industrias ou residências, mas sujeita a 
freqüentes ventos ou chuvas
•Áreas expostas a ventos do oceano, mas distantes alguns quilômetros do 
litoral
34,6
III
Elevada
•Áreas com elevada densidade de industrias e residências
•Áreas próximas ao litoral ou expostas a fortes ventos oceânicos 43,3
IV
Muito 
elevada
•Áreas de extensão geralmente moderada, sujeitas à precipitação de 
poeira condutiva produzindo depósitos espessos
•Áreas de extensão geralmente moderada, muito próximas ao litoral e 
sujeitas a fortes ventos oceânicos e névoa salina 
•Áreas desérticas, caracterizadas por longos períodos sem chuva e 
submetidas a ventos fortes carregando sal e areia e sujeitas a 
regularmente a condensação 
53,7
Influência da Poluição
Comparação dos métodos de dimensionamento
Os métodos anteriormente descritos levam a resultados ligeiramente diferentes, 
na tabela pode ser vista uma comparação dos resultados.
ESDD
(mg/cm2)
CIGRE (mm/kVfase-terra) IEEE
Névoa limpa
(mm/kVfase-terra)
IEC
(mm/kVfase-terra)Névoa 
salina Kieselguhr
Suportabilidade 
névoa
0,03 32 22 30 23 27,70,03 32 22 30 23 27,7
0,06 38 29 36 30 34,6
0,10 42 35 41 34 43,3
0,40 58 60 57 41 53,7
Métodos de melhorar o desempenho frente à poluição
• Isoladores antipoluição – São isoladores com desenho especial apresentando o 
mesmo comprimento e diâmetro do isolador padrão, mas apresentando uma 
distância de escoamento bastante superior da ordem de 430 a 600 mm;
• Acabamento superficial repelente a água - costumam aumentar a tensão 
suportável em 40%;
• Engraxamento – a superfície do isolador é recoberta por graxa a base de 
silicone ou petróleo, o que torna a superfície repelente a água e retém a 
poluição, assim após alguns anos a graxa fica saturada e precisa ser removia e 
efetuada uma reaplicação;efetuada uma reaplicação;
• Limpeza por meio de jatos de água ou mecânica;
• Isoladores recobertos com borracha vulcanizada repelente a água;
• Isoladores com camada semicondutora superficial – consiste em fazer com que 
a camada superficial apresente uma certa condutividade, assim circula uma 
corrente de fuga por essa camada o que impede a condensação e umidificação
da camada poluente. 
Influência da altitude no número de isoladores
Como o critério de projeto para poluição se baseia em U50 (seja através da tensão 
suportada estatística V3 usado pelo IEEE, seja pelo critério de V5%-Mseg 25% proposto 
pelo CIGRE) a redução desse valor faz com que seja necessário aumentar o 
número de isoladores. Em principio a correção no número de isoladores irá 
depender da altitude e da distância de isolamento, sendo dada por 
Para d≤1m ⇒ β=1, para 1<d<7 ⇒ β=1-d/7 e para d>7 m ⇒ β=0
O IEEE propõe que a correção do número de isoladores seja efetuada através da 
( ) ( ) 0,116 hN h N 0 e β=
O IEEE propõe que a correção do número de isoladores seja efetuada através da 
seguinte expressão:
onde h – altitude expressa em km,
N(h) - número de isoladores necessários na altitude h,
N(0) - número de isoladores necessários ao nível do mar.
Pode-se verificar que essa correção é baseada em uma cadeia de isoladores 
média de 14 unidades, correspondente a cerca de 2 m de comprimento.
( ) ( ) h14N h N 0 e=
Suportabilidade frente a sobretensões de impulso atmosférico
A suportabilidade do ar frente a sobretensões de 
impulso atmosférico é menor quando a 
polaridade da sobretensão é negativa [1]. A 
suportabilidade do isolamento frente a 
sobretensões de impulso atmosférico depende da 
distância de isolamento e do tempo de frente da 
onda aplicada. Para a onda de impulso 
padronizado com onda 1,2 x 50 µs, tem-se que 
a suportabilidade pode ser aproximadamente 
padronizado com onda 1,2 x 50 s, tem-se que 
a suportabilidade pode ser aproximadamente 
dada por:
[1] Polaridade negativa significa que o eletrodo com 
maior intensidade de campo elétrico, usualmente o 
eletrodo mais assimétrico apresenta tensão menor em 
relação ao outro eletrodo. 
50
50
U 1250 d
0, 02 U
=
σ =
Suportabilidade frente a sobretensões de impulso atmosférico
No caso de uma cadeia de 
isoladores a suportabilidade 
pode ser aproximada por:
onde 
V - tensão suportável da cadeia 
 
= + 
 
isol 0,75
710V 400 d
t
Visol- tensão suportável da cadeia 
de isoladores (kV);
tf- tempo de descarga entre 
0,5 e 16 µs;
d- comprimento da cadeia de 
isoladores (m).
Suportabilidade frente a sobretensões de impulso atmosférico
No entanto as distâncias de isolamento frente a impulso a serem usadas no projeto de 
subestações, são baseadas em valores de no máximo 500 kV/m. Na tabela podem ser 
vistas as distâncias recomendadas pela IEC 60071-2.
BIL
(kV)
Distância mínima recomendada no ar
(mm)
Haste - Estrutura Condutor - Estrutura
30
40
60
75
95
60
60
90
120
160
125
145
220
270145
170
250
325
270
320
480
630
450
550
650
750
850
900
1100
1300
1500
1700 1600
950
1050
1175
1300
1425
1900
2100
2350
2600
2850
1700
1900
2200
2400
2600
1550
1675
1800
1950
2100
3100
3350
3600
3900
4200
2900
3100
3300
3600
3900
Suportabilidade frente a surtos de manobra
O aspecto mais importante das sobretensões de manobra é o tempo de frente, posto que 
a suportabilidade do isolamento apresenta um mínimo para um determinado tempo defrente da onda aplicada. O tempo de frente para o qual esse mínimo ocorre é 
denominado frente de onda critica (CWF), sendo expresso numericamente por:
onde d - distância de isolamento expressa em metros.
CWFt 50 d s= µ
Suportabilidade frente a surtos de manobra
A suportabilidade frente a surtos de manobra é caracterizada por uma distribuição de
probabilidades caracterizada por U50 e σ≈0,05.U50 . Desses dois valores pode-se obter
as tensões normalmente nos estudos de isolamento, a saber:
( ) ( )50 50 50BSL U 10% U 1, 28 U 1 1, 28 0, 05 0,936 U= = − σ = − × =
( ) ( )3 50 50 50V U 3 U 1 3 0, 05 0,85 U U 0,1%= − σ = − × = ≈
Para cadeias de isoladores o valor de U50 pode ser estimado a partir de resultados obtidos 
em laboratório, sendo dado aproximadamente por:
Para cadeias de isoladores o valor de U50 pode ser estimado a partir de resultados obtidos 
em laboratório, sendo dado aproximadamente por:
50 g
3400U k kV
81
d
=
+
iso ld 0,95 n 0, 146= × ×
Onde kg – fator de forma
nisol – número de isoladores 
Suportabilidade frente a surtos de manobra
Para cadeias de isoladores em V, o fator de forma é dado por:
O fator de forma, depende da torre usada e será dado por:
Fase lateral
Fase Central
8w
d
g
hk 1, 25 0, 005 6 0, 25 e 0, 2
d
−
 
   
= + − + −    
  
 
gL gk 1, 08 k=
Suportabilidade frente a surtos de manobra
Para as cadeias em I a distância de isolamento é obtida de forma diferente, 
uma vez que o condutor sofre efeito dos ventos e pode ficar mais próximo da 
estrutura. A distância de isolamento será o menor dos seguintes valores:
Comprimento da cadeia -
distância para a lateral da torre, neste caso há que considerar-se o possível 
deslocamento pelo vento, que é expresso por
isold 0,95 n 0,146= × ×
( )d l d sen= − α
( )1 1,61tg k v−α =
r – raio do condutor (cm),
W – peso do condutor (kg/m),
X – vão de vento (m),
Y – vão de peso (m).
( )1 1,61tg k vα =
4
1
2r Xk 1,138 10
W Y
−
= ×
Suportabilidade frente a surtos de manobra
No caso de linhas compactas onde não existe a presença de partes metálicas 
aterradas entre fases, tem-se que a suportabilidade frente a surto de 
manobra, dos isoladores usados para separar as fases será dada por:
50
p
50
3400U 1, 26
81
d
0, 025 U
=
+
σ =
onde dp – distância de isolamento entre fases.
O valor de tensão suportada neste caso considera uma das fases aterrada e a 
outra submetida a um impulso de manobra com polaridade positiva.
500, 025 U
Suportabilidade frente a surtos de manobra
A suportabilidade frente a surtos de manobra de isoladores de pedestal é 
dada por:
50
i
50
3400U 1, 07
81
H
0, 07 U
=
+
σ =
onde Hi – altura do isolador em metros.
Suportabilidade frente a surtos de manobra
A suportabilidade frente a surto de manobra de espaçamentos no ar depende 
essencialmente da forma dos eletrodos. A suportabilidade é dada por:
onde kg – fator de forma do arranjo de eletrodos,
d – distância entre eletrodos em metros.
50 g 50
3400U k 0, 07 U
81
d
= σ =
+
Suportabilidade frente a surtos de manobra
A suportabilidade frente a surto de manobra entre fases é menor quando 
existe um surto de manobra de polaridade negativa no eletrodo com menor 
intensidade de campo elétrico, sendo esse efeito representado por um 
coeficiente KL, como mostrado na expressão:
onde - tensão correspondente a 50% de probabilidade acumulada de disrupção, 
0
50 50 LU U K U
+ −
= −
50U
+
onde - tensão correspondente a 50% de probabilidade acumulada de disrupção, 
para as sobretensões com polaridade positiva 
KL- coeficiente entre 0,62 e 0,7;
U- - tensão aplicada ao eletrodo com menor intensidade de campo elétrico;
- tensão correspondente a 50% de probabilidade acumulada de 
disrupção, considerando o eletrodo com menor intensidade de campo 
elétrico, aterrado,
kgp - fator de forma do arranjo de eletrodos.
50U
0
50 g p
p
3400U k
81
d
=
+
Suportabilidade frente a surtos de manobra
Arranjo dos eletrodos KL kgp σσσσ
Condutor - condutor 
extensão 10 m 0,67 1,35
Condutor – condutor 
extensão 300 a 400 m 0,68 1,26
Haste – haste 0,67 1,35
0
500, 035 U
0
500, 020 U
0
500, 050 U
Condutores ortogonais 0,62 1,53
Anel – anel ou grandes 
eletrodos 0,70 1,53
Haste - condutor 0,67 1,21
0
500, 050 U
0
500, 050 U
0
500, 050 U
Utilização de Disjuntores e Seccionadoras
A utilização de chaves seccionadoras nas subestações decorre da necessidade de 
manter isolados trechos de circuito com o objetivo de permitir a manutenção de 
parte da instalação enquanto o restante do sistema opera normalmente. 
Anteriormente os disjuntores apresentavam muitas partes móveis e com isso a 
disponibilidade desses equipamentos era inferior à apresentada pelas chaves 
seccionadoras. No entanto, na atualidade os disjuntores utilizam interruptores a vácuo 
ou SF6 e se tornaram mais simples, aumentando o intervalo entre manutenções de 3 
para 10 anos. Enquanto isso, as chaves seccionadoras isoladas a ar mantiveram a sua 
construção praticamente inalterada e assim apresentam um intervalo entre construção praticamente inalterada e assim apresentam um intervalo entre 
manutenções de 5 anos. Dessa forma, a disponibilidade de uma subestação utilizando 
chaves seccionadoras convencionais pode vir a ser reduzida e com isso surgiu um 
equipamento hibrido, que é ao mesmo tempo seccionadora e disjuntor. No entanto, 
quando é usado o hibrido disjuntor – seccionadora se faz uso também de um “link” 
de desconexão manual. Esse “link” é formado por um tubo ou condutor removível que 
ao ser retirado assegura a distancia de isolamento necessária. A remoção do “link” é 
uma tarefa a ser realizada sem tensão e com o sistema aterrado, sendo o tempo de 
remoção de uma unidade trifásica em torno de 2 horas.
Utilização de Disjuntores e Seccionadoras
Equipamento
Falhas Manutenção
MTBF 
(anos) MTTR (h)
MTBI 
(anos) MTTR (h)
Disjuntor 250 16 15 32
Seccionadora 400 10 5 8
Chave Terra 1800 8 - -
MTBFD
MTBF MTTR
=
+
1 2D D D= ×
1 2
TP 600 8 - -
TC 700 8 - -
Transformador 18 72 4 100
Pára-Raios 40 8 - -
Barramento 80 - - -
Linha 60 - - -
1
2
1 2 1 2D D D D D= + − ×
Níveis de Isolamento para Disjuntores e Seccionadoras
Valores normalizados pela IEC [1]
ObservaçõesTensão 
Nominal
(kV)
Freqüência Industrial
Ud (kV)
Manobra 
Us (kV)
Impulso
Up (kV)
F-T entre contados F-T entre contados F-T
entre 
contados
3,6 10 12 - - 2040
23
46
4,76 19 21 - - 60 70 usados nos EUA
7,2 20 23 - - 4060
46
70
15 35 39 - - 95 105 usados nos EUA15 3550
39
55 - -
95
110
105
125 usados nos EUA
17,5 38 45 - - 7595
85
110
24 50 60 - - 95125
110
145
36 70 80 - - 145170
165
195
72,5 140 160 - - 325 375
72,5 160 176 - - 350 385 usados nos EUA
Níveis de Isolamento para Disjuntores e Seccionadoras
Valores normalizados pela IEC [1]
ObservaçõesTensão 
Nominal
(kV)
Freqüência Industrial
Ud (kV)
Manobra 
Us (kV)
Impulso
Up (kV)
F-T entre contados F-T entre contados F-T entre contados
145
230
275
265
315
- -
550
650
630
750
245
360
395
460
415
460
530
- -
850
950
1050
950
1050
1200
450 520 850 800 (+295)
1050
1175
1050 (+205)
1175 (+205)
362 520 610 950 800 (+295) 1300 1300 (+205) usados nos EUA
420 520 610
950
1050
900 (+345)
1300
1425
1300 (+240)
1425 (+240)
550 620 800
1050
1175
900 (+450)
1425
1550
1425 (+315)
1550 (+315)
550 710 890 1175 900 (+450) 1800 1800 (+315) usados nos EUA
800 830 1150
1300
1425
1100 (+650)
1800
2100
1800 (+455)
2100 (+455)
Os números entreparênteses representam a tensão à freqüência industrial aplicada ao pólo oposto, sendo considerado para:
surto de manobra – Impulso – n
20,7 U
3
×n
2U
3
Suportabilidade de Tensão entre contatos para Disjuntores e 
Seccionadoras
A suportabilidade de tensão entre contatos, na posição aberta, é aproximadamente
15% superior à suportabilidade de tensão entre fase e terra. Dessa forma a probabilidade 
da disrupção é maior para terra do que entre pólos da chave ou disjuntor, mesmo quando 
existe uma tensão de polaridade oposta no outro lado do equipamento.
•Esses valores de tensão devem ser usados para a coordenação de isolamento na situação em 
que o disjuntor ou chave é atingido por sobretensões que não foram geradas pela sua própria 
atuação. 
•Quando o disjuntor ou chave atua, a distancia entre os contatos não é fixa, devendo então 
ser considerada essa variação ao longo do tempo.ser considerada essa variação ao longo do tempo.
No caso de disjuntores, o espaço entre contatos estará encapsulado no interior da câmara 
de interrupção, sendo o meio isolante o gás SF6 ou o vácuo. Em ambos os casos a 
distribuição de campo elétrico tende a ser razoavelmente uniforme e assim a tensão 
suportável entre contatos pode ser considerada uma função linear da distancia entre os 
contatos.
Suportabilidade de Tensão entre contatos para Disjuntores e Seccionadoras
Suportabilidade de Tensão entre contatos para Disjuntores e Seccionadoras
Considerando que a variação da tensão suportável seja proporcional a distancia entre os 
contatos, pode-se então utilizar o tempo mecânico de abertura dos contatos e a tensão 
suportável normalizada para estabelecer a variação da tensão suportável entre os contatos. 
Uma observação que deve ser efetuada é que a velocidade de deslocamento dos contatos é 
limitada e com isso a taxa de variação da tensão suportável impede que o estabelecimento 
do circuito ocorra em qualquer ponto da curva. O estabelecimento tende a ocorrer então 
nas vizinhanças da crista.
Suportabilidade de Tensão para Transformadores
Sobretensão admissível na freqüência industrial
A sobretensão nos terminais dos transformadores deve ficar abaixo dos valores indicados 
pelo fabricante. Como referencia podem ser utilizados os valores indicados na tabela. 
No caso de sobretensões com duração inferior a 10 ciclos da freqüência industrial, a 
amplitude não deve exceder ao nível de isolamento do enrolamento, sendo considerada 
uma margem de proteção de 15 %.
Duração Tensão (pu)
10 ciclos 2,010 ciclos 2,0
20 ciclos 1,82
100 ciclos 1,50
3,6 s 1,40
10 s 1,35
20 s 1,25
60 s 1,20
480 s 1,15
continuamente 1,10
Suportabilidade de Tensão para Transformadores
Tensão 
máxima
(kVrms)
Tensão suportável na freqüência 
industrial durante 1 minuto e tensão 
induzida
(kVrms)
Nível Básico de Isolamento frente a 
impulso
(kVcrista)
pleno cortado
7,2 19 60 66
15 34 95110
105
121
25,8 50 125 13825,8 50 125150
138
165
38 70 150200
165
220
48,3 95 250 275
72,5 140 350 385
92,4 185 450 495
145 230275
550
650
605
715
Suportabilidade de Tensão para Transformadores
Tensão 
máxima
(kVrms)
Nível Básico de Isolamento frente a 
impulso
(kVcrista)
Nível Básico de Isolamento frente a surto de 
manobra
(kVcrista)
pleno cortado
242
750
850
950
825
935
1045
550
650
750
362
950
1050
1175
1045
1155
1292
750
850
950
362 1050
1175
1155
1292
850
950
460 13001425
1430
1567
1050
1175
550
1300
1425
1550
1430
1567
1705
1050
1175
1300
800
1550
1800
1950
1705
1980
2145
1425
1550
1675
Suportabilidade de Tensão para Reatores
Sobretensão admissível na freqüência industrial
A sobretensão nos terminais dos reatores, conectados em derivação, deve ficar 
abaixo dos valores indicados pelo fabricante. Como referencia podem ser 
utilizados os valores indicados na tabela. 
No caso de sobretensões com duração inferior a 10 ciclos da freqüência 
industrial, a amplitude não deve exceder ao nível de isolamento do 
enrolamento, sendo considerada uma margem de proteção de 15 %.
Tensão (pu)
Duração
Tensão (pu)
230 kV 345-440 kV 500 kV
10 ciclos 2,00 2,00 2,10
20 ciclos 1,82 1,82 1,91
100 ciclos 1,50 1,50 1,57
3,6 s 1,40 1,40 1,47
3600 s - 1,15 1,20
continuamente 1,10 1,10 1,15
Suportabilidade de Tensão para Reatores
Tensão 
máxima
(kVrms)
Tensão suportável na freqüência 
industrial durante 1 minuto e 
tensão induzida
(kVrms)
Nível Básico de Isolamento frente a 
impulso
(kVcrista)
pleno cortado
15 34 95110
105
121
25,8 50 125150
138
165
38 70 150200
165
220
48,3 95 250 275
72,5 140 350 385
92,4 185 450 495
145 230275
550
650
605
715
Suportabilidade de Tensão para Reatores
Tensão 
máxima
(kVrms)
Nível Básico de Isolamento frente 
a impulso
(kVcrista)
Nível Básico de Isolamento frente a 
surto de manobra
(kVcrista)
pleno cortado
242
750
850
950
825
935
1045
550
650
750
362
950
1050
1045
1155
750
850362 1050
1175
1155
1292
850
950
460 13001425
1430
1567
1050
1175
550
1300
1425
1550
1430
1567
1705
1050
1175
1300
800
1550
1800
1950
1705
1980
2145
1425
1550
1675
Suportabilidade de Tensão para Capacitores
Tolerância
A tolerância para os valores de capacitância do banco será de ± 2,0% por fase em relação 
ao valor especificado e o valor medido em qualquer fase não deve diferir mais de 1% do 
valor médio medido das três fases. 
Perdas Dielétricas
Para cada unidade capacitiva com resistor de descarga, a tg(δ), medida na tensão e 
freqüência nominais, referida a 20° C, deve ser de, no máximo, 0,00016.
Limitação das correntes de energização e descarga
Correntes elevadas podem ser observadas quando da energização de um banco de 
capacitores ou quando ocorre um curto-circuito nas proximidades do banco. Essas capacitores ou quando ocorre um curto-circuito nas proximidades do banco. Essas 
correntes apresentam uma componente de alta freqüência e podem causar danos aos 
capacitores ou ocasionar a superação da suportabilidade dos equipamentos instalados 
na subestação. A instalação de reatores limitadores na conexão do banco pode vir a ser 
necessária. 
Conforme estabelecido no IEEE Std.824-1994, os capacitores devem ser capazes de 
suportar, sem redução da vida útil, um determinado número de sobrecorrentes e 
sobretensões. O número de sobrecorrentes a que o banco pode vir a ser submetido 
depende da amplitude das sobrecorrentes, a IEEE Std.824-1994 indica em caráter 
informativo os valores apresentados na tabela apresentada no próximo slide.
Suportabilidade de Tensão para Capacitores
Número de ocorrências por 
ano
Amplitude permitida para o transitório de corrente
(Fator multiplicador da corrente nominal do banco)
4 1500
40 1150
400 800
4000 400
Duração Fator de multiplicação
5 ciclos 1,1 Valor máximo de ajuste da proteção contra 5 ciclos 1,1 Valor máximo de ajuste da proteção contra sobretensão
15 ciclos 1,0 Valor máximo de ajuste da proteção contra sobretensão
60 ciclos 2,0 Tensão nominal (RMS)
15 s 1,8 Tensão nominal (RMS)
1 minuto 1,7 Tensão nominal (RMS)
5 minutos 1,5 Tensão nominal (RMS)
30 minutos 1,35 Tensão nominal (RMS)
Suportabilidade de Tensão para Capacitores Série
Tolerância
A tolerância para os valores de capacitância do banco será de ± 2,0% por fase em relação 
ao valor especificado e o valor medido em qualquer fase não deve diferir mais de 1% do 
valor médio medido das três fases. 
Perdas Dielétricas
Para cada unidade capacitiva com resistor de descarga, a tg(δ), medida na tensão e 
freqüência nominais, referida a 20° C, deve ser de, no máximo, 0,00016.Capacidade de Sobrecarga
A capacidade de sobrecarga deverá ser conforme indicado na tabela.
Corrente (pu) Duração
1,10 8 horas a cada 12 horas
1,35 30 minutos a cada 6 horas
1,50 10 minutos a cada 2 horas
Suportabilidade de Tensão para Capacitores Série
Contorno do banco de capacitores série
Os bancos de capacitores conectados em serie são protegidos por meio de varistores. Não é 
permitida a atuação de dispositivos de proteção dos varistores do banco série para 
faltas externas à LT na qual o banco está instalado, à exceção dos seguintes casos 
específicos:
Faltas externas que sejam eliminadas em tempo superior ao tempo máximo de eliminação 
de defeito em milissegundos – tm
• 100 ms para VN ≥345 kV;
• 150 ms para VN<345 kV;
O dispositivo de proteção dos varistores só pode atuar t milissegundos após a detecção da O dispositivo de proteção dos varistores só pode atuar tm milissegundos após a detecção da 
falta.
O banco de capacitores série deve ser reinserido em até 300 ms após a eliminação da falta.
Faltas externas trifásicas eliminadas em até tm milissegundos, com religamento mal 
sucedido após 500 ms de tempo morto. 
O dispositivo de proteção dos varistores só pode atuar após tm milissegundos da tentativa 
mal sucedida de religamento.
Suportabilidade de Tensão para Capacitores Série
Dimensionamento dos varistores de proteção dos bancos de capacitores série
A determinação da capacidade de dissipação de energia dos varistores de 
proteção de bancos de capacitores série deve ser efetuada levando em conta 
todas as situações possíveis de falta e a máxima corrente de oscilação 
(“swing”) identificada pelos estudos de sistema.
Para todas as configurações operativas deve ser verificado se existe a 
possibilidade do surgimento de ressonâncias subsíncronas.
Níveis de tensão de equipamentos instalados nas proximidades de bancos de 
capacitores série
Nos casos em que o banco de capacitores série estiver conectado à subestação Nos casos em que o banco de capacitores série estiver conectado à subestação 
terminal de LT, os equipamentos conectados ao terminal do banco no lado 
da LT, como reatores em derivação, transformadores de potencial, pára-
raios, equipamentos de onda portadora, etc., deverá ser verificada a máxima 
tensão possível em regime permanente, a qual pode ser superior àquela 
indicada para o barramento da subestação. A tensão do lado de linha do 
terminal do banco de capacitores deve ser calculada considerando a máxima 
tensão operativa no barramento da subestação terminal e a máxima 
corrente especificada para a operação do referido banco.
Gaps, Cadeias e Colunas de Isoladores
Distancia mínima das partes vivas da instalação
A distancia mínima de qualquer trecho energizado da instalação, que não 
esteja protegido contra acessos indevidos, deverá ser conforme indicado 
na tabela.
Distancia mínima (mm)
36 kV 72,5 kV 145 kV 245 kV 420 kV
altura da base do isolador 2250 2250 2250 2250 2250
terra e parte viva mais baixa 3000 3000 3770 4780 5480
entre fases 900 1050 1300 2100 4200
entre fase e terra 500 630 1300 2100 3400
para a parte viva mais 
próxima
3000 3000 3270 4280 4980
Níveis de Isolamento para Disjuntores e Seccionadoras
Valores normalizados pela IEC [1]
ObservaçõesTensão 
Nominal
(kV)
Freqüência Industrial
Ud (kV)
Manobra 
Us (kV)
Impulso
Up (kV)
F-T entre contados F-T entre contados F-T
entre 
contados
3,6 10 12 - - 2040
23
46
4,76 19 21 - - 60 70 usados nos EUA
7,2 20 23 - - 4060
46
70
15 35 39 - - 95 105 usados nos EUA15 3550
39
55 - -
95
110
105
125 usados nos EUA
17,5 38 45 - - 7595
85
110
24 50 60 - - 95125
110
145
36 70 80 - - 145170
165
195
72,5 140 160 - - 325 375
72,5 160 176 - - 350 385 usados nos EUA
Níveis de Isolamento para Disjuntores e Seccionadoras
Valores normalizados pela IEC [1]
ObservaçõesTensão 
Nominal
(kV)
Freqüência Industrial
Ud (kV)
Manobra 
Us (kV)
Impulso
Up (kV)
F-T entre contados F-T entre contados F-T entre contados
145
230
275
265
315
- -
550
650
630
750
245
360
395
460
415
460
530
- -
850
950
1050
950
1050
1200
450 520 850 800 (+295)
1050
1175
1050 (+205)
1175 (+205)
362 520 610 950 800 (+295) 1300 1300 (+205) usados nos EUA
420 520 610
950
1050
900 (+345)
1300
1425
1300 (+240)
1425 (+240)
550 620 800
1050
1175
900 (+450)
1425
1550
1425 (+315)
1550 (+315)
550 710 890 1175 900 (+450) 1800 1800 (+315) usados nos EUA
800 830 1150
1300
1425
1100 (+650)
1800
2100
1800 (+455)
2100 (+455)
Os números entre parênteses representam a tensão à freqüência industrial aplicada ao pólo oposto, sendo considerado para:
surto de manobra – Impulso – n
20,7 U
3
×n
2U
3
Barramentos
• Esforços eletrodinâmicos
Barramentos
• Ampacidade
• Densidade de corrente em um condutor sólido com 50 mm de espessura
Barramentos
• Expansão longitudinal
F Ll L
E S
α
×∆ = ∆Θ =
×
F E Sα= ∆Θ
Bibliografia
• Mourente Miguel, Pablo – Considerações sobre Conexões Elétricas – 2005
• BBC – Switchgear Manual – Brown, Boveri & CIE – 1975
• Mourente Miguel, Pablo – Considerações sobre o dimensionamento de barramentos 
– 2005
• Mourente Miguel, Pablo – Coordenação de Isolamento em Linhas e Subestações de 
Alta Tensão - 2009
• IEEE Std C37.20.1 – IEEE Standard for Metal-Enclosed Low-Voltage Power Circuit 
Breaker Switchgear - 1993
• Weedy B. M. – Electric Power Systems – Chapter 11 – Overhead Lines and • Weedy B. M. – Electric Power Systems – Chapter 11 – Overhead Lines and 
Underground Cables – John Wiley & Sons – 1979
• ABNT NBR 5389 – Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão – Método 
de ensaio – 1981
• ABNT NBR 6936 – Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão –
Procedimento – 1981
• ABNT NBR 6937 – Técnicas de ensaios elétricos de alta tensão –
Dispositivos de medição – procedimento – 1981
• ABNT NBR 5282 – Capacitores de Potência em derivação para sistemas 
de tensão nominal acima de 1000 V
• ABNT NBR IEC 62271-100 – Equipamentos de Alta-Tensão – Parte 
100: Disjuntores de alta-tensão de corrente alternada
84
Bibliografia
• IEEE Std 1313.1 – IEEE Standard for insulation Coordination – Definitions, 
Principles and Rules – 1996 (R2002)
• IEEE std 1313.2 – IEEE Guide for the Application of Insulation Coordination –
1999
• IEEE Std C37.99-2000 – IEEE Guide for the Protection of Shunt Capacitor Banks
• IEEE Std. 824-1994 – IEEE Standard for Series Capacitors in Power Systems
• ER – Reatores – Tipo seco com núcleo de ar – catalogo ago/88
• IEEE Std 998-1996 – IEEE Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of 
SubstationsSubstations
• IEEE Std 1243 – IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of 
Transmission Lines
• IEEE Std 522 – IEEE Guide for Testing Turn Insulation of Form-Wound Stator Coils 
for Alternating-Current Electric Machines – 2004
• IEEE Std C62.22-1997 IEEE Guide for the Application of Metal-Oxide Surge 
Arresters for Alternating-Current Systems
• IEEE Std C37.013 –1997 – IEEE Standard for AC High-Voltage Generator Circuit 
Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis – 1997
Bibliografia
• IEC 60071-1 (1993) – Insulation coordination – Part I – General definitions and 
test requirements
• IEC 60071-2 (1996) – Insulation coordination application guide
• IEC 60099-1 (1991) Surge Arresters – Part 1 – Non-linear resistor type gapped 
arresters for AC systems
• IEC 60099-1 (1991) Surge Arresters – Part 4 – Metal-oxide arresters without 
gaps for AC systems