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DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA SUBESTAÇÕES PROFESSOR JOSEMAR Arranjos de Barramentos Márcio Rodrigues & Júlio Carvalho ARRANJO: Forma de conexão entre linhas, transformadores e cargas de uma subestação. • Flexibilidade requerida em termos de facilidade de manobras; • Continuidade e confiabilidade operacionais; • Manutenções; • Custos de implantação. Barramento Simples Vantagens: • Instalações extremamente simples; • Manobras simples, normalmente ligar e desligar circuitos alimentadores; • Custo reduzido. alimentadores faca de terra linha disjuntor seccionadora Barramento Simples Desvantagens: • Falha no barramento ou num disjuntor resulta no desligamento da subestação. • A ampliação do barramento não pode ser realizada sem a completa desenergização da subestação. • Pode ser usado apenas quando cargas possam ser interrompidas ou tenha-se outras fontes durante uma interrupção. • A manutenção de disjuntor de alimentadores interrompe totalmente o fornecimento de energia para os consumidores correspondentes. alimentadores faca de terra linha disjuntor seccionadora Duplo Barramento Simples Vantagens: • Cada circuito tem dois disjuntores dedicados. • Flexibilidade de conexão de circuitos para a outra barra. • Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção. • Fácil recomposição. Duplo Barramento Simples Desvantagens: • Custo mais elevado. • Perderá metade dos circuitos para falha num disjuntor se os circuitos não estiverem conectados em ambas as barras. Barramento Simples Seccionado Vantagens: • Maior continuidade no fornecimento; • Maior facilidade de execução dos serviços de manutenção; • Este arranjo pode (é indicado) para funcionar com duas (ou mais) fontes de energia; • Em caso de falha da barra, somente são desligados os consumidores ligados à seção afetada. Barramento Simples Seccionado Desvantagens: • Não se pode transferir uma linha de uma barra para outra; • A manutenção de um disjuntor deixa fora de serviço a linha correspondente; • Esquema de proteção é mais complexo. Barra Principal e de Transferência Vantagens: • Custo inicial e final baixo; • Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção; • Equipamentos podem ser adicionados e/ou retirados à barra principal sem maiores dificuldades. Barra Principal e de Transferência Desvantagens: • Requer um disjuntor extra para conexão com a outra barra; • As manobras são relativamente complicadas quando se deseja colocar um disjuntor em manutenção; • Falha no barramento ou num disjuntor resulta no desligamento da subestação. Barramento Duplo, um Disjuntor Vantagens: • Permite alguma flexibilidade com ambas as barras em operação; • Qualquer uma das barras poderá ser isolada para manutenção; • Facilidade de transferência dos circuitos de uma barra para outra com o uso de um único disjuntor de transferência e manobras com chaves. Barra 1 Disj. Barra 2 Barramento Duplo, um Disjuntor Desvantagens: • Requer um disjuntor extra (de transferência) para conexão com a outra barra; • São necessárias quatro chaves por circuito; • A proteção do barramento pode causar a perda da subestação quando esta operar com todos os circuitos num único barramento; • Alta exposição a falhas no barramento; • Falha no disjuntor de transferência pode colocar a subestação fora de serviço. Barra 1 Disj. Barra 2 Barramento Duplo, Duplo Disjuntor Vantagens: • Arranjo mais completo; • Muito mais flexível; • Maior confiabilidade. Desvantagem: • Muito mais caro. Aplicação: • Instalações de grande potência (UHV); • Continuidade de fornecimento. A B D11 D12 D21 D22 Barramento Duplo com Disjuntor e Meio Vantagens: • Maior flexibilidade de manobra; • Rábida recomposição; • Falha nos disjuntores adjacentes às barras retiram apenas um circuito de serviço; • Chaveamento independente por disjuntor; B A Barramento Duplo com Disjuntor e Meio Vantagens: • Manobras simples com relação ao chaveamento; • Qualquer uma das barras poderá ser retirada de serviço a qualquer tempo para manutenção; • Falha num dos barramentos não retira circuitos de serviço. B A Barramento Duplo com Disjuntor e Meio Desvantagens: • Um e meio disjuntor por circuito; • Chaveamento e religamento automático envolvem demasiado número de operações além do disjuntor intermediário e circuitos agregados. B A Barramento em Anel Vantagens: • Custo inicial e final baixo; • Flexibilidade de manutenção nos disjuntores; • Qualquer disjuntor pode ser removido para manutenção sem interrupção da carga; Barramento em Anel Vantagens: • Necessita apenas um disjuntor por circuito; • Não utiliza barra principal; • Cada circuito é alimentado através de disjuntores; • Todas as chaves abrem os disjuntores. Barramento em Anel Desvantagens: • Se uma falta ocorre durante a manutenção de um disjuntor o anel pode ser separado em duas seções; • Religamento automático e circuitos de proteção relativamente complexos. Barramento em Anel Desvantagens: • Para efetuar a manutenção num dado equipamento a proteção deixará de atuar durante esse período; • Falha no disjuntor durante uma falta em um dos circuitos causa a perda de um circuito adicional pois, um disjuntor já está fora de operação. Barramento em Anel Desvantagens: • Necessidade de equipamentos em todos os circuitos por não haver referência de potencial neste arranjo. Esses equipamentos são necessários em todos os casos para sincronização, linha viva ou indicação de tensão. Barramento em Anel Desvantagens: • Necessidade de equipamentos em todos os circuitos por não haver referência de potencial neste arranjo. Esses equipamentos são necessários em todos os casos para sincronização, linha viva ou indicação de tensão. BARRAMENTOS ELÉTRICOS BARRAMENTOS FLEXÍVEIS • SUBESTAÇÕES DE 13,8kV a 34,5kV. • BARRAMENTOS COM CONDUTORES DE COBRE. • BAIXA RESISTIVIDADE, BOA RESISTÊNCIA MECÂNICA, ALTA CAPACIDADE DE TROCA DE CALOR COM O AMBIENTE. BARRAMENTOS ELÉTRICOS BARRAMENTOS ELÉTRICOS BARRAMENTOS RÍGIDOS • SUBESTAÇÕES DE 138kV a 500kV. • BARRAMENTOS COM CONDUTORES DE ALUMÍNIO. • SUPORTAM GRANDES CORRENTES DE CARGA E DE CURTO-CIRCUITO. BARRAMENTOS ELÉTRICOS BARRAMENTOS ELÉTRICOS CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO: • CRITÉRIO ELÉTRICO • CRITÉRIO TÉRMICO • CRITÉRIO MECÂNICO BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOS CRITÉRIO ELÉTRICOCRITÉRIO ELÉTRICO zz Corrente Nominal: a determinação é feita quando há Corrente Nominal: a determinação é feita quando há equilíbrio térmico entre o calor gerado pela corrente ao equilíbrio térmico entre o calor gerado pela corrente ao passar pelo condutor por efeito Joule e o calor dissipado passar pelo condutor por efeito Joule e o calor dissipado no ambiente.no ambiente. zz Fabricantes determinam a capacidade de condução dos Fabricantes determinam a capacidade de condução dos barramentos através de processos experimentais e barramentos através de processos experimentais e ensaios.ensaios. zz Tabelas de fabricantes relacionam diâmetro do Tabelas de fabricantes relacionam diâmetro do barramento, corrente nominal e temperatura.barramento, corrente nominal e temperatura. BARRAMENTOS ELÉTRICOS TABELA Corrente nominal conforme normas NEMA Temperatura Ambiente 40oC - Temperatura do Tubo 70oC DIÂMETRODO TUBO IPS CAPACIDADE EM AMPERES – 60 Hz INSTALAÇÃO ABRIGADA INSTALAÇÃO AO TEMPO “STANDARD” EXTRA PESADO “STANDARD” EXTRA PESADO 1” 590 680 700 840 1 ½” 840 1000 1010 1200 2” 1100 1215 1320 1460 2 ½” 1490 1610 1790 1930 3” 1765 2050 2120 2450 3 ½” 2030 2300 2400 2720 4” 2300 2650 2720 3130 4 ½” 2730 3180 3220 3760 5” 3100 3650 3660 4300 6” 3860 4600 4560 5400 BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOS CRITÉRIO TÉRMICOCRITÉRIO TÉRMICO zz Evitar recozimento do barramento durante o tempo de Evitar recozimento do barramento durante o tempo de curtocurto--circuito.circuito. zz Para correntes de curtoPara correntes de curto--circuito todo calor produzido na circuito todo calor produzido na barra causa aumento de temperatura, porque devido ao barra causa aumento de temperatura, porque devido ao curto tempo de existência da falha não existem perdas curto tempo de existência da falha não existem perdas por radiação.por radiação. zz Parâmetros considerados: área de seção do Parâmetros considerados: área de seção do barramento, tipo do material, duração do curtobarramento, tipo do material, duração do curto--circuito e circuito e temperatura inicial e final do barramento.temperatura inicial e final do barramento. BARRAMENTOS ELÉTRICOS A liga GB-D50SWP da ALCAN tem a seguinte equação para o aumento de calor devido às correntes de curto circuito: 258 258101018,2 10 4 + + = I Fg T SxxIcc θ θ Icc - corrente de curto circuito em Amperes θF - temperatura final do tubo ºC (após a falha) θI - temperatura inicial do tubo ºC S - seção do tubo em cm2 T - tempo de duração da falha em segundos. BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOS CRITÉRIO MECÂNICOCRITÉRIO MECÂNICO zz Esforços mecânicos: peso próprio do barramento, peso Esforços mecânicos: peso próprio do barramento, peso dos acessórios, carga do vento e carga do curtodos acessórios, carga do vento e carga do curto--circuito.circuito. zz Cálculo de momento fletor, máxima tensão de tração, Cálculo de momento fletor, máxima tensão de tração, esforços dos ventos sobre o barramento e esforços esforços dos ventos sobre o barramento e esforços devido a curtodevido a curto--circuitos.circuitos. BARRAMENTOS ELÉTRICOS Equações para cálculo esforços mecânicos (Barramento tubular): Momento fletor máximo Máxima tensão de tração Máxima deflexão 8 2WLM = Y M =σ EJ WLf 384 5 4 = BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOS Equações para cálculo de esforços mecânicos: Esforços de ventos sobre o barramento: P: pressão do vento em kgf/m2 V: velocidade do vento em km/h 2.0045,0 VP = BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOS Equações para cálculo de esforços mecânicos: Força sob efeito de curto-circuito: Fb: força em Newton Icc: corrente de curto circuito simétrica em amperes a: distância entre fases em cm l: distância entre pontos de apoio em cm ).(.10.22,11 22 2 7 aal a iccFb −+= − BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOS DISPONIBILIZAÇÃO DE CÓPIA DO TRABALHODISPONIBILIZAÇÃO DE CÓPIA DO TRABALHO Solicitar via eSolicitar via e--mail:mail: MARCIO@LACTEC.ORG.BRMARCIO@LACTEC.ORG.BR JCARVALHO@HSBC.COM.BR JCARVALHO@HSBC.COM.BR DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICAENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICASUBESTAÇÕESPROFESSOR JOSEMAR Arranjos de Barrament ARRANJO: Forma de conexão entre linhas, transformadores e cargas de uma Barramento Simples Barramento Simples Duplo Barramento Simples Duplo Barramento Simples Barramento Simples Seccionado Barramento Simples Seccionado Barra Principal e de Transferência Barra Principal e de Transferência Barramento Duplo, um Disjuntor Barramento Duplo, um Disjuntor Barramento Duplo, Duplo Disjuntor Barramento Duplo com Disjuntor e Meio Barramento Duplo com Disjuntor e Meio Barramento Duplo com Disjuntor e Meio Barramento em Anel Barramento em Anel Barramento em Anel Barramento em Anel Barramento em Anel Barramento em Anel BARRAMENTOS ELÉTRICOS BARRAMENTOS ELÉTRICOS BARRAMENTOS ELÉTRICOS BARRAMENTOS ELÉTRICOS
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