Aula 01 - Sistemas Elétricos de Potência e Subestações

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Aula 1 - Sistemas Elétricos de Potência e 
Subestações
SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA
• Conjunto de equipamentos que operam de maneira
coordenada com a finalidade de gerar, transmitir e
distribuir energia elétrica aos consumidores;
• Deve atender a determinados padrões de confiabilidade,
disponibilidade, qualidade, segurança e custos, com o
mínimo impacto ambiental e o máximo de segurança
pessoal
ESTRUTURA DO SEP
Redes de Distribuição
• As tensões de conexão padronizadas para alta-tensão (AT) e média
tensão (MT) são: 138 kV (AT), 69 kV (AT), 34,5 kV (MT) e 13,8 kV (MT);
• O setor terciário, tais como hospitais, edifícios administrativos e
pequenas indústrias são os principais usuários da rede MT;
• A rede baixa tensão (BT) representa o nível final na estrutura de um
sistema de potência. Tais redes possuem um grande número de
consumidores, sobretudo o setor residencial;
• Os níveis de tensões praticados no Brasil são: 765 kV, 525 kV, 500 kV,
440 kV, 345 kV, 300 kV, 230 kV, 161 kV, 138 kV, 132 kV, 115 kV, 88 kV,
69 kV, 34,5 kV, 23 kV, 13,8 kV, 440 V, 380 V, 220 V, 110 V.
Níveis de Tensão no SEP
SUBESTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
• Conjunto de equipamentos destinados a transformar e regular as 
tensões geradas ou transportadas, permitir a operação segura das 
partes componentes do sistema, eliminar ou reduzir as faltas e 
permitir o estabelecimento de alternativas para o suprimento (o mais 
contínuo possível) da energia elétrica.
Definições
• Uma subestação elétrica é um agrupamento de equipamentos elétricos com a
finalidade de dirigir o fluxo de energia elétrica num sistema de potência e de
possibilitar a operação segura do mesmo;
• Serve como um ponto no qual dispositivos automáticos de proteção e meios de
desviar o fluxo de energia ao longo de rotas alternativas podem ser instalados;
• Basicamente, qualquer subestação consiste de um número de circuitos chegando
e partindo, conectados entre si através de uma barra ou sistema de barramento
comum;
• Os equipamentos principais que constituem cada circuito são:
1. Disjuntores
2. Transformadores para instrumentos
3. Chaves seccionadoras
4. Pára-raios
5. Transformadores de potência
(autotransformadores)
FUNÇÕES DAS SUBESTAÇÕES
• Basicamente temos as seguintes funções:
• Transformação: alteração dos níveis da tensão de modo a
adequá-lo as conveniências de transmissão, distribuição e consumo;
• Regulação: regular os níveis de tensão de modo a mantê-los
nos limites aceitáveis e admissíveis;
• Chaveamento: conexão e desconexão de componentes do
sistema de transmissão ou distribuição, para orientar o fluxo de
energia e isolar partes com defeitos, mantendo a continuidade no
suprimento de energia elétrica.
• Algumas subestações, além das funções citadas possuem uma quarta, 
que é a de modificar as características originais da energia elétrica;
• Estas subestações são denominadas de conversoras e destinam-se a 
modificar a frequência ou a corrente alternada para continua e vice-
versa;
• Como exemplo, temos a subestação de Bateias que pertence a Itaipu;
• Nesta usina existem 20 unidades geradoras, sendo dez na frequência da rede 
elétrica paraguaia (50 Hz) e dez na frequência da rede elétrica brasileira (60 
Hz)
TIPOS DE SUBESTAÇÕES
• SE Elevadora: função de elevar uma tensão para ser "transportada" para outra
localidade em distância considerável, para que se utilize cabos elétricos de
menores secções (diâmetros). Normalmente estas subestações estão localizadas
nas usinas hidrelétricas;
• SE Interligadora: recebe duas ou mais redes elétricas para transporte de energia
para grandes centros consumidores;
• SE de Transmissão: recebe e transmite energia a centros consumidores nas
tensões de transmissão e/ou subtransmissão;
• SE de Distribuição: destinada a abaixar a tensão ao nível de distribuição e/ou
subtransmissão de modo adequado para utilização direta de consumidores;
• SE Industrial: recebe energia nas tensões de transmissão ou subtransmissão e
transforma para a tensão de distribuição adequada para a utilização direta na
indústria.
SUBESTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
• 1. Rede primária
2. Cabo de aterramento
3. Linhas/Barramentos
4. Para-raios
5. Chave seccionadora
6. Disjuntor
• 7. Transformador de Corrente
8. Transformador de Tensão
9. Transformador de Potência
10. Cubículo de Controle
11. Grande/Cerca de Segurança
12. Rede Secundária
TRANSFORMADORES
• O transformador (trafo) é um dispositivo
destinado a transmitir energia elétrica ou
potência elétrica de um circuito a outro,
transformando tensões e correntes em um
circuito de corrente alternada, ou a modificar os
valores das impedâncias de um circuito elétrico;
• Os transformadores de potência são destinados
a rebaixar ou elevar a tensão e,
consequentemente, elevar ou reduzir a corrente
de um circuito, de modo que não se altere a
potência do circuito.
•Abaixador de tensão: N1 > N2
• Elevador de tensão: N1 < N2
• Finalidade
Transformador de corrente
Transformador de potencial
Transformador de distribuição
Transformador de potência
• Função no sistema
Transformador Elevador
Transformador de interligação
Transformador Abaixador
• Separação elétrica entre os enrolamentos:
• Transformador de dois ou mais enrolamentos;
• Autotransformador: os enrolamentos primário e secundário
estão em contato entre si. Utilizados em geral na faixa de uso
doméstico (110V-240V);
Material do núcleo:
• Ferromagnético
• Núcleo de ar
• Quantidade de fases:
• Monofásico
• Polifásico
• Transformador de potência
São utilizados transmitir e distribuir energia em circuitos com 
potência de 5 até 300 MVA e operam em tensões menores 
que 1.000 kV;
Transformador de distribuição
• São utilizados para rebaixar a tensão a ser 
entregue aos clientes finais das empresas de 
distribuição de energia;
• Normalmente instalados em postes ou cabines 
subterrâneas; 
• Esses transformadores se aplicam a sistemas 
com potência entre 15 a 300 kVA, com tensões 
entre 13,8 kV a 34,5 kV no primário e 380/220 V 
ou 220/127 V no secundário
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
• Usado em sistemas de medição de tensão
elétrica e como proteção;
• Em seu circuito primário (entrada) é
conectada a tensão a ser medida, sendo
que no secundário (saída) será reproduzida
uma tensão reduzida e diretamente
proporcional a do primário, permitindo a
medição de tensões com
valores elevados;
• Reduz a tensão do circuito para níveis
compatíveis com a máxima suportável pelos
instrumentos de medição;
• Assim, pode-se conectar o instrumento de
medição (voltímetro) no secundário;
• Tais transformadores apresentam uma
relação de transformação (RT) que é a razão
(divisão) entre a tensão no primário sobre a
tensão apresentada no secundário.
TRANSFORMADORES DE CORRENTE
• Detecta ou mede a corrente 
elétrica que circula em um cabo 
ou barra de alimentação, e 
transformando-a em outra 
corrente de valor menor, para ser 
transmitida a um instrumento de 
medição ou circuito eletrônico; 
• Muito usado para abaixar a 
corrente elétrica da rede para 
alimentar dispositivos eletrônicos 
que não suportam grandes níveis 
de corrente.
PARA-RAIOS
• O para-raios é um dispositivo destinado a
proteger os equipamentos contra
descargas atmosféricas e sobretensões
transitórias;
• Atuam como limitadores de tensão,
impedindo que valores acima de um
determinado nível pré-estabelecido
possam ser impostos aos equipamentos
protegidos;
• Os para-raios são formados por elementos
não lineares (varistor), fabricados a partir
de materiais como óxido de zinco (ZnO) e
carbonato de silício (SiC).
• Os para-raios são instalados em paralelo 
ao equipamento que se deseja proteger; 
• São instalados entre a fase e terra.
Área
de Proteção
DISJUNTORES
• Dispositivos mecânicos de manobra
projetados para conduzir, restabelecer
e interromper as correntes elétricas
num determinado ponto do circuito;
• Podem ser operados de forma manual
(através de um comando manual no
circuito elétrico de
fechamento/abertura) ou automática
(através de relé de proteção elétrica).
• Pela definição da IEC (International
Electrotechnical Comission) é um dispositivo
capaz de conduzir, fechar e interromper
correntes de carga, bem como fechar e
automaticamente interromper correntes
anormais tais como correntes de curto-
circuito;
• Seu uso no chaveamento de circuitos com a
finalidade de controlar o fluxo de energia,
bem como desconectar circuitos ou partes do
sistema, a fim de permitir o trabalho de
manutenção ou de ampliações;
• Integrar um esquema de proteção que
automaticamente desconecta parte do
sistema quando um defeito ocorre.
CLASSIFICAÇÃO DOS DISJUNTORES
• O meio isolante utilizado para a
interrupção do arco elétrico é o
principal parâmetro para
classificação de disjuntores;
• Tipos de disjuntores:
• Disjuntores a óleo;
• Disjuntores a ar comprimido;
• Disjuntores a hexafluoreto de
enxofre (SF6);
• Disjuntores a vácuo;
• Disjuntores a semicondutores.
REATORES
• Reatores em paralelo (shunt): 
Em linhas de transmissão de grande
extensão, o espaço entre os condutores e
o solo forma naturalmente um capacitor
em paralelo com a linha de transmissão,
o que provoca um aumento da
tensão ao longo do trajeto;
Dependendo da distância, do perfil
da linha e a potência que está
sendo transmitida, torna-se necessária a
instalação de reatores em paralelo no
circuito, para compensar este efeito.
• Reatores em série:
Outro efeito do aumento da extensão das
linhas de transmissão é o aumento da
corrente de curto-circuito, cujo valor pode
ultrapassar os limites de projeto dos
equipamentos;
Para limitar o valor da Icc na linha adota-se a
instalação de reatores em série com a mesma,
solução mais rápida e econômica à elevar-se a
tensão do sistema ou proceder a substituição
de transformadores, disjuntores e outros
equipamentos
• Durante a noite, a carga costuma se tornar capacitiva, com 
elevação do fator de potência, devido ao desligamento dos 
motores das indústrias;
• Faz-se necessário inserir reatância indutiva na rede para 
compensar esse efeito;
• Isto pode ser feito com o uso de reatores.
Barramento
• A maneira mais simples de agrupar circuitos entre si é conectá-los a um 
condutor único ou a um barramento;
• Modos de construção: Barra Simples, Barra Principal e de Transferência, 
Barra Dupla (com disjuntor simples e três chaves, a quatro ou cinco 
chaves), Anel, Disjuntor e meio, Disjuntor Duplo;
 Fatores técnicos: confiabilidade, requisitos operacionais e de manutenção;
 Fatores econômicos: disponibilidade financeira, custos de implantação e 
manutenção, custos das interrupções do serviço;
 Fatores locais: área necessária, condições climáticas e ambientais, 
implicações ecológicas.
Chaves Seccionadoras
• São dispositivos que normalmente 
operam sem carga e são usados 
principalmente para isolar equipamento 
no qual se pretende realizar manutenção;
• Estabelecem um airgap de segurança 
entre o equipamento que esta sofrendo 
manutenção e os equipamentos 
adjacentes que estão energizados;
• Algumas vezes chaves seccionadoras 
são usadas para selecionar a maneira 
pela qual os circuitos são conectados ao 
barramento
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