Subestações

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1 – Sistema Elétrico
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1 – Sistema Elétrico
Sistema elétrico de potência:
Fornecer energia elétrica aos usuários com a qualidade adequada, no instante em que for solicitada.
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1 – Sistema Elétrico
Sistema elétrico de potência compreende:
GERAÇÃO/ TRANSPORTE/ UTILIZAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA
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1 – Sistema Elétrico
Sistema elétrico de potência compreende:
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1 – Sistema Elétrico
Sistema elétrico de potência compreende:
Geração
Se. Elevadora de Transmissão 
Sistema de Transmissão
Se. Abaixadora de Subtransmissão
Sistema de Subtransmissão 
Se de Distribuição
Sistema de Distribuição Primária
Transformadores de Distribuição 
Sistema de Distribuição Secundária.
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1 – Sistema Elétrico
Representação de um sistema de Potência - Diagrama unifilar:
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1 – Sistema Elétrico
Geração
Conversão de uma forma qualquer de energia ( hidráulica, mecânica térmica, ou outra) em energia elétrica.
A Geração de energia elétrica deverá ser de acordo com a demanda imediata.
A energia elétrica não é armazenada de forma eficiente.
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1 – Sistema Elétrico
Geração - Gerador
Dispositivo que transforma outras formas de energia em energia elétrica. 
Processo de Geração:
Químico;
Eletromagnético;
Fotoelétrico.
Processo de Geração em Sistemas de Potência:
Eletromagnético
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1 – Sistema Elétrico
Classificação da Geração de Energia Elétrica quanto a fonte:
Fontes Renováveis:
Energia Solar (direta);
Energia Hidráulica;
Energia Térmica de Biomassa;
Energia Eólica;
Energia Geotérmica;
Energia das Marés.
Fontes Não Renováveis:
Energia Térmica - Combustíveis Fósseis;
Energia Nuclear.
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1 – Sistema Elétrico
Usinas Hidrelétricas
A energia mecânica de uma queda de água é transformada em energia elétrica a partir de turbinas que acionam geradores elétricos.
Elementos:
Lago artificial;
Represa/Barragem;
Tomada de água;
Turbina;
Gerador;
Subestação.
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1 – Sistema Elétrico
Usina Hidrelétrica: 
Atlas de Energia Elétrica do Brasil - ANEEL
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1 – Sistema Elétrico
Usina Hidrelétrica de Itaipu
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1 – Sistema Elétrico
Usina Hidrelétrica de Itaipu:
Desenvolvido pelo Brasil e Paraguai;
Rio Paraná;
Estudos de Viabilidade e do Projeto – fevereiro de 1971;
Criação da entidade binacional Itaipu para gerenciar a construção da Usina – maio de 1974;
Inicio da construção - janeiro 1975;
Conclusão da Barragem e Formação do Reservatório – outubro de 1982;
Lago de Itaipu – área de 1.350 km2;
Operação da primeira unidade geradora - Maio de 1984;
A 18ª unidade geradora entrou em operação - abril de 1991; 
Entrada em operação das 2 ultimas unidades geradoras – maio de 2007;
Potência Instalada da Usina - 14.000MW (Megawatts);
Unidades Geradoras – 20 de 700MW;
Produção recorde em 2000 – 93.428 (GWh);
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1 – Sistema Elétrico
Usina Hidrelétrica de Tucurui:
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1 – Sistema Elétrico
Usina Hidrelétrica de Tucurui
Eletronorte;
Estado do Para;
Rio Tocantins;
Capacidade instalada 8.000MW;
Primeira etapa 1984 – 12 unidades geradoras com 4.200MW
Barragem:
Altura 78m;
Extensão 8.005m
Área alagada 2.850km2
Construção 1976 - 1984;
Interligado com o Nordeste:
LT Tucurui – Sobradinho no Rio S. Francisco 1.700km.
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1 – Sistema Elétrico
Usinas Hidrelétricas
	Desvantagens:
Investimento alto;
Ocupa uma área significativa; 
Impacto ambiental na instalação;
Elevado tempo de construção;
Localização independe do ponto da carga.
Vantagens:
Tecnologia solidificada;
Baixo custo de Operação;
Energia Limpa.
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1 – Sistema Elétrico
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1 – Sistema Elétrico
Usinas Térmicas:
Transforma a energia resultante da queima de um elemento combustível em energia elétrica.
Elementos:
Caldeira para produção do vapor;
Turbinas;
Gerador elétrico.
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1 – Sistema Elétrico
Usinas Térmicas:
Vantagens:
Localização próximo ao elemento combustível ou a carga;
Tempo pequeno para entrada em operação;
Investimento inicial menor.
Desvantagens:
Custo do Combustível;
Poluição Ambiental na operação.
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1 – Sistema Elétrico
Cogeração
Consiste no aproveitamento local do calor residual originado nos processos termodinâmicos de geração de energia elétrica, que de outra forma seria desperdiçado.
Resumidamente cogeração é a produção simultânea de energia térmica e energia mecânica (elétrica), a partir de um único combustível.
Nos processos convencionais de transformação da energia fóssil em energia elétrica (centrais termoelétricas), por mais eficiente que seja o processo, a maior parte da energia contida no combustível, usado no acionamento das turbinas, é transformado em calor e perdido para o meio ambiente.
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1 – Sistema Elétrico
Cogeração
Existe uma limitação física que apenas permite o aproveitamento de um máximo de 40% da energia contida no combustível que é usada no gerador para produção de energia elétrica.
Assim, através da cogeração, é possível aproveitar o calor antes perdido, aumentando a eficiência energética do processo, a qual pode chegar aos 85% da energia contida no combustível. 
Uma das desvantagens da co-geração é que o calor só pode ser usado perto do centro produtor, devido à maior dificuldade no transporte da energia térmica (perdas térmicas nas tubagens), o que limita estas instalações a unidades relativamente pequenas se comparadas com as centrais térmicas convencionais. 
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1 – Sistema Elétrico
Central de cogeração:
São equipamentos de construção compacta, integrados por um sistema que aspira ar do meio ambiente e o conduz até uma câmara onde o combustível é injetado e queimado continuamente. A caldeira de recuperação é utilizada para aproveitar o calor dos gases de exaustão, produzindo vapor ou água quente por troca térmica. 
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1 – Sistema Elétrico
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1 – Sistema Elétrico
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1 – Sistema Elétrico
Geração Eólica:
Energia eólica é a energia produzida através da força dos ventos, que transforma energia cinética em energia elétrica.
Desenvolvimento a partir da crise do Petróleo da década de 1970.
Parques Eólicos:
Sistema Isolado;
Sistema conectado;
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1 – Sistema Elétrico
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1 – Sistema Elétrico
Geração Eólica 
As pás giram com a força do vento, fazendo girar o rotor que por sua vez transmite a rotação multiplicada pela caixa multiplicadora ao gerador, o gerador converte normalmente em conjunto com um conversor de potência a energia mecânica recebida em energia elétrica.
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1 – Sistema Elétrico
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1 – Sistema Elétrico
Aerogerador de eixo horizontal
Pás: captam o vento, convertendo sua potência ao centro do rotor. São construídas em processo praticamente artesanal a partir de materiais como o plástico e a fibra de vidro. 
Rotor: elemento de fixação das pás que transmite o movimento de rotação para o eixo de movimento lento. Um de seus principais componentes é o sistema hidráulico que permite o movimento das pás em distintas posições para otimizar a força do vento ou parar a turbina por completo.
Torre: elemento que sustenta o rotor e a nacelle na altura apropriada ao seu funcionamento. Embora a maioria das torres sejam de aço, como foram originalmente construídas, hoje já existem outros modelos com diferentes tipos de material.
Nacelle: compartimento instalado no alto da torre composto por caixa multiplicadora, chassis, sistema de controle eletrônico e sistema hidráulico. É o componente com maior peso do sistema. Dependendo do fabricante do aerogerador, pode ultrapassar as 72 toneladas;
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1 – Sistema Elétrico
Aerogerador de eixo horizontal
Caixa multiplicadora: tem a função de transformar as rotações que as pás transmitem ao eixo de baixa velocidade (19 a 30 rpm), de modo que entregue ao eixo de alta velocidade as rotações que o gerador precisapara funcionar (1.500 rpm);
Gerador: converte a energia mecânica do eixo em energia elétrica;
Anemômetro: mede a intensidade, a velocidade e a direção do vento. Esses dados são lidos pelo sistema de controle, que garante o posicionamento mais adequado para a turbina.
Catavento: mede a direção do vendo, é responsável por transmitir ao sistema de controle a posição instantânea o vento, permitindo ao aerogerador manter-se orientado ao vento de forma a otimizar a energia cinética do vento, aumentando a potência produzida.
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1 – Sistema Elétrico
Sistema de Geração Solar Fotovoltaica
Converte a energia luminosa em elétrica;
Ocorre pelos efeitos da radiação sobre os materiais (semicondutores);
Configurações básicas:
Isolados: 
CC com Armazenamento de Energia;
CC sem Armazenamento de Energia;
CA com Armazenamento de Energia;
CA sem Armazenamento de Energia.
Conectados a rede:
CA sem Armazenamento de Energia;
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1 – Sistema Elétrico
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1 – Sistema Elétrico
Elementos do sistema fotovoltaico
Painel solar com suporte de fixação:
É um elemento semicondutor que utiliza o efeito fotovoltaico para produzir a eletricidade a partir da luz solar;
O silício é o material utilizado na fabricação de células;
Painéis são emoldurados em perfil de alumínio, formado de células de silício que são as responsáveis pela geração de energia elétrica;
 As células geram tensões e correntes que são condicionadas às ligações em paralelo ou em série das células.
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1 – Sistema Elétrico
Elementos:
Controlador:
Dispositivo que controla a carga da bateria e o uso de energia pelo usuário.
Bateria:
Armazena a energia gerada pelo painel solar.
Inversor: 
A energia proveniente do painel é em corrente continua;
Transforma a energia gerada continua em alternada nas tensões normais de utilização ( 220 ou 127volts)
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1 – Sistema Elétrico
Transporte de energia:
Transmissão
Transporte de grande quantidade energia elétrica dos centros de produção aos de consumo.
Deve operar interligado.
Subtransmissão
Transporte de energia elétrica das subestações de subtransmissão as Se’s de distribuição e aos consumidores, em tensão de subtransmissão.
Capacidade de transporte entre 20 a 150 MW por circuito.
Distribuição
Distribui a energia elétrica recebida do sistema de subtransmissão aos grandes, médios e pequenos consumidores.
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1 – Sistema Elétrico
Transporte de energia:
O local da Geração é na maior parte das vezes distante do ponto de utilização exigindo o transporte desta energia.
A energia elétrica é facilmente transportada.
A maneira de transportar energia sob a forma de eletricidade é utilizando-se linhas de transmissão (LT).
	
As LT’s concorrem com dutos e outra formas de transporte de energia.
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1 – Sistema Elétrico
Linha de Transmissão (LT):
Até certos limites aumentando-se a tensão obtém-se menores perdas elétricas para uma mesma seção de condutor:
Correntes menores permitem utilizar condutores de menores seções e torres menos reforçadas;
A economia obtida ao se projetar uma linha com condutores mais finos para maiores tensões, pode ser perdida pelo aumento de perdas no ar que se ioniza, graças ao alto gradiente de tensão no condutor e pelo aumento de custo de isoladores.
O nível de tensão será de acordo com a potência e a distância a ser transportada a energia elétrica.
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1 – Sistema Elétrico
Linha de Transmissão (LT):
LT a partir de 230 kV (230, 345, 440, 500, 600, 765kV);
LST a partir de 69kV e abaixo de 230kV (69kV, 138kV);
RD abaixo de 69kV:
Primária: 11,4; 13,8 e 34,5kV
Secundária: 380/220V e 220/127V
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1 – Sistema Elétrico
O que é o SIN - Sistema Interligado Nacional
Com tamanho e características que permitem considerá-lo único em âmbito mundial, o sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil é um sistema hidrotérmico de grande porte, com forte predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários. O Sistema Interligado Nacional é formado pelas empresas das regiões Sul, Sudeste, Centro-Oeste, Nordeste e parte da região Norte. Apenas 1,7% da energia requerida pelo país encontra-se fora do SIN, em pequenos sistemas isolados localizados principalmente na região amazônica.
Fonte: ONS, 7.08.14
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1 – Sistema Elétrico
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1 – Sistema Elétrico
Sistema Interligado
Vantagens da interconexão dos sistemas elétricos:
Troca de energia entre regiões:	
Regiões com regimes hidrológicos diferentes.
Necessidade de grandes blocos de potência;
Necessidade de maior confiabilidade;
Aproveitamento de fontes de energia mais econômicas;:
Operação de usinas hidrelétricas e termelétricas em regime de complementaridade.
Operação mais econômica de um sistema de potência.
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1 – Sistema Elétrico
Sistema Interligado
Desvantagens:
Corrente durante um curto circuito é aumentada (necessidade de equipamentos de maior capacidade);
Perturbações em um sistema (curto circuito) são estendidas aos demais sistemas conectados (necessidade de instalação de relés apropriados)
As máquinas síncronas dos sistemas devem estar em fase. 
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1 – Sistema Elétrico
Subestação
Parte de um sistema de potência, concentrada em um dado local, compreendendo primordialmente as extremidades de linhas de transmissão e/ou de distribuição, com os respectivos dispositivos de manobra, controle e proteção, incluindo as obras civis e estruturas de montagem, podendo incluir também transformadores, equipamentos conversores e/ou outros equipamentos.
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1 – Sistema Elétrico
Subestação
Subestação abaixadora:
Subestação transformadora na qual a tensão de saída é menor do que a tensão de entrada.
Subestação elevadora:
Subestação transformadora na qual a tensão de saída é maior do que a tensão de entrada.
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2 – Conceitos Básicos
Subestações
2 - Conceitos Gerais
2.1 - Definição
Subestação é um conjunto de equipamentos usados para controlar, modificar, comandar, distribuir e direcionar o fluxo de energia elétrica de um sistema elétrico, concentrados em um ponto físico.
2.2 - Classificação
As subestações podem ser classificadas quanto:
	a) A Função;
	b) Ao sistema em que ela faz parte;
	c) A Isolação.
Subestações
2 - Conceitos Gerais
2.2 - Classificação
1. Substação de manobra;
2.2.1 – Quanto a Função
2. Substação de Transformação;
3. Substação de Seccionamento;
4. Substação de Distribuição;
5. Substação de Conversão de Frequencia.
2.2.2 – Quanto ao Sistema que faz Parte
1. Sistema de Transmissão;
2. Sistema de Distribuição;
3. Substação de Cliente;
Subestações
2 - Conceitos Gerais
2.2 - Classificação
1. Subestação Isolada a Ar;
2.2.3 – Quanto a Isolação
2. Subestação Isolada a Gás;
3. Subestação Mista;
Num projeto de substação é necessário definir o tipo de isolação que derá utilizada, pois esta escolha está relacionada com o espaço físico necessário e o custo da construção.
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2 - Conceitos Gerais
2.3 – Esquemas de Manobra
O esquema de manobra de uma SE apresenta o arranjo elétrico e físico dos equipamentos de manobra e do barramento.
Denomina-se arranjo a configuração dos equipamentos eletromecânicos que constituem uma área dom o mesmo nível de tensão, de tal forma que a sua operação permita dar à SE graus diferentes de confiabilidade, segurança ou flexibilidade de: manobra, transformação e distribuição de energia.
Arranjos:
1. Barra Simples;
2. Barra de Transferência;
3. Barra Dupla;
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2 - Conceitos Gerais
2.3 – Esquemas de Manobra
O esquema de Barra Simples possui apenas um barramento ao qual se conectam os circuitos por meio de um disjuntor. È econômico, simples e de fácil ajuste da proteção, ocupa pouco espaço, além de não apresentar muitas possibilidades de operações incorretas.
Contudo apresenta necessidade de interrupção da carga quando há necessidade de manutenção ou reparo na barrae no disjuntor.
É um sistema que não apresenta confiabilidade, segurança e flexibilidade 
2.3.1 - Barra Simples:
Subestações
2 - Conceitos Gerais
2.3 – Esquemas de Manobra
O esquema de Barra Simples com By-Pass difere do anterior porque permite que se faça a manutenção do disjuntor sem que haja necessidade de interrupção do fornecimento de energia. Conduto ainda persiste o problema de manutenção na barra. 
2.3.1a - Barra Simples com By-Pass:
Subestações
2 - Conceitos Gerais
2.3 – Esquemas de Manobra
Investimento maior em relação ao esquema elétrico com barra simples;
O seccionamento aumenta área de pátio;
Permite manter a metade da subestação em operação por ocasião de uma falha (ou manutenção) na barra;
Permite ampliação da barra (desde que operando apenas com a metade da subestação);
Permite a distribuição a partir de duas fontes de suprimento e um bom número de saídas;
Quando ocorre uma falha, o número de consumidores atendidos que sofre com a interrupção é reduzido.
2.3.1b - Barra Simples Seccionada:
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2 - Conceitos Gerais
2.3 – Esquemas de Manobra
Neste esquema são utilizadas duas barras: a principal (BP) e a de Transferência (BT), além de um disjuntor reserva. As linhas são normalmente ligadas à barra Principal e, em caso de manutenção do disjuntor, à barra de Transferência. A efetividade da instalação requer a instalação de um disjuntor especial (disjuntor de transferência), que é utilizado como reserva para qualquer um dos disjuntores que fique fora de operação.
2.3.2 - Barra de Transferência:
Subestações
2 - Conceitos Gerais
2.3 – Esquemas de Manobra
O arranjo de barra dupla é uma evolução do arranjo de Barra de Transferência. Nesta evolução as duas barras atendem, em situação normal, parte da carga.
Possui uma maior flexibilidade e maior segurança quanto às falhas nas barras que no arranjo anterior pois, como a carga está dividida, mesmo que ocorra uma falha em uma das barras, parte da SE continuar operando.
No projeto é necessário considerar que as barras, individualmente, atenda a totalidade da carga da SE.
Em seguida, são apresentados dois arranjos recomendados pelo NOS para a rede básica (acima de 230 kV).
2.3.3 - Barra Dupla:
Subestações
2 - Conceitos Gerais
2.3 – Esquemas de Manobra
Mais apropriado para sistemas de suprimento altamente interconectados;
Cada circuito tem a capacidade de se conectar a uma ou outra barra;
A seleção de barra pode ser feita sob carga;
A ocorrência de uma falha na barra leva à perda de todos os circuitos conectados à barra sob falha;
Os circuitos com defeito podem ser transferidos para a barra sã e restabelecidos.
2.3.3a - Barra Dupla Disjuntor Simples:
Subestações
2 - Conceitos Gerais
2.3 – Esquemas de Manobra
Mais apropriado para sistemas de suprimento altamente interconectados;
Cada circuito tem a capacidade de se conectar a uma ou outra barra;
A seleção de barra pode ser feita sob carga;
A ocorrência de uma falha na barra leva à perda de todos os circuitos conectados à barra sob falha;
Os circuitos com defeito podem ser transferidos para a barra sã e restabelecidos.
2.3.3b - Barra Dupla 4 Chaves:
Subestações
2 - Conceitos Gerais
2.3 – Esquemas de Manobra
Cada par de circuitos está em uma seção de barra separada e há três conjuntos de disjuntor + chaves para cada dois circuitos;
Costuma dar boa confiabilidade. Tem sido muito empregado no Brasil e nos Estados Unidos para subestações de EAT;
Os equipamentos devem suportar a corrente de carga de duas saídas (disjuntor + chaves);
Do ponto de vista de visualização é bastante complexo, uma vez que cada disjuntor não está associado a apenas uma saída;
Recomendado para subestações que manipulem grandes blocos de energia, devido à alta segurança contra perda de carga.
2.3.4a - Barra Dupla 1,5 Disjuntor:
Subestações
FIM
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