apostila-de-subestacoes

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Subestações 
 
 
 
 
 
 
 
PROFESSOR ANTÔNIO CARLOS DELAIBA 
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1 - INTRODUÇÃO 
 
Uma subestação pode ser definida como sendo um conjunto de equipamentos 
com propósito de chaveamento, transformação, proteção ou regulação da 
tensão elétrica. 
 
A função ou tarefa mais importante das subestações é garantir a continuidade 
com a máxima segurança de operação e confiabilidade dos serviços a todas as 
partes componentes dos sistemas elétricos. As partes defeituosas ou sob faltas 
devem ser desligadas imediatamente e o abastecimento de energia deve ser 
restaurado por meio de comutações ou manobras. 
 
Portanto, deve-se fornecer a energia elétrica com alto grau de confiabilidade, 
tendo em vista os prejuízos elevadíssimos representados por paradas de 
produção. Desta forma, destaca-se a importância de uma criteriosa escolha 
dos componentes, os quais irão transformar, seccionar, proteger e comandar as 
subestações. 
 
A escolha, aplicação e a coordenação seletiva adequadas do conjunto de 
componentes que constitui uma subestação são um dos aspectos mais 
importantes e pouco entendido de um projeto elétrico. 
 
Ao especificar uma subestação, não é admissível, considerar somente o 
funcionamento normal (nominal) do sistema, deve-se prever, que 
equipamentos podem falhar, pessoas cometerem erros e imprevistos. Assim, a 
função da proteção é minimizar os danos aos sistemas e seus componentes, 
bem como limitar a extensão e a duração das interrupções no fornecimento de 
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energia, sempre que, em qualquer parte do sistema, acontecer uma falha 
(equipamentos e/ou humana) ou imprevistos indesejáveis, tais como: curto-
circuito, sobrecarga, sobretensões, etc. 
 
Portanto, a escolha dos equipamentos de uma subestação embora deva atender 
a certas condições mínimas de segurança e confiabilidade, dependerá de 
fatores econômicos, bem como de uma criteriosa escolha dos equipamentos 
que irão desenvolver as seguintes funções: 
 
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Transformação; 
Seccionamento (manobra); 
Proteção; 
Etc. 
 
Nestas condições, este curso tem por objetivo desenvolver e discutir, 
criteriosamente, uma técnica que é de selecionar, coordenar, ajustar e aplicar 
os vários equipamentos elétricos de manobra, proteção, transformação 
normalmente utilizados nas subestações de energia. 
As análises irão contemplar várias situações normais e anormais, tais como: 
 
Operação em regime (carga nominal); 
Operação em sobrecarga; 
Condições de curto-circuito (efeitos térmico e dinâmico); 
Seletividade; 
Etc. 
 
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A título de uma melhor compreensão dos estudos citados, ao longo do curso, 
serão desenvolvidos e propostos vários exemplos de aplicação. 
 
Para atingir estas metas, este trabalho apresenta-se desenvolvido com a 
seguinte estrutura: 
 
 
CAPÍTULO 1 - REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE 
CIRCUITOS ELÉTRICOS 
 
Neste capítulo fez-se uma rápida revisão dos principais conceitos e extraiu-se 
da extensa teoria, as equações básicas referentes aos sistemas monofásicos e 
trifásicos. Desta forma, uma visão geral sobre os principais conceitos 
necessários ao desenvolvimento do curso foi evidenciada. 
 
 
CAPÍTULO 2 - INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE 
POTÊNCIA 
 
Este capítulo preocupou-se tão somente em definir e conceituar as principais 
grandezas elétricas necessárias à compreensão do tema proposto. As 
definições foram extraídas da portaria 456 da ANEEL. Complementando os 
aspectos anteriores, apresentou-se os conceitos e definições envolvendo as 
sobretensões devido às descargas atmosféricas e aquelas provenientes de 
chaveamentos. E finalmente citou-se as principais definições envolvendo 
subestações. 
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CAPÍTULO 3 - CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 
 
A representação gráfica de um sistema elétrico de potência, ou os diagramas 
elétricos deve conter a maior quantidade possível de informações, com o 
objetivo de representar os componentes e as suas funções específicas. Desta 
forma surge o capítulo 3 que tem por meta apresentar as diversas 
configurações típicas encontradas nas subestações. Finalmente, com base nos 
diagramas unifilares, mostra-se as vantagens e desvantagens de cada arranjo 
específico. 
 
 
CAPÍTULO 4 - DIAGRAMAS UNIFILARES TÍPICOS DE ALGUMAS 
CONCESSIONÁRIAS DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
Em função das necessidades, características elétricas, segurança, 
confiabilidade, etc., a subestação é definida a partir de um diagrama elétrico 
que fixa o princípio de funcionamento da mesma, características dos 
equipamentos de seccionamento, proteção, transformação e controle. Neste 
sentido este capítulo tem por objetivo complementar o anterior, mostrando e 
comparando os diagramas unifilares das subestações de algumas das 
principais concessionárias de energia elétrica brasileira.. 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 5 - ANÁLISE DOS EFEITOS TÉRMICOS E DINÂMICOS 
PROVOCADOS PELA CORRENTE DE CURTO-
CIRCUITO 
 
Este capítulo faz uma abordagem da importância, dos conceitos, efeitos e 
cálculos das correntes de curto-circuito trifásica e monofásica nas redes 
elétricas em alta e média tensão. Isto se justifica, pois é imprescindível 
considerar, além dos aspectos nominais, os efeitos térmicos e dinâmicos 
provocados pelas correntes de curto-circuito necessários a especificação dos 
equipamentos. 
 
 
CAPÍTULO 6 - TRANSFORMADORES 
 
O transformador é um dos componentes vitais presentes nos sistemas elétricos 
de potência, e o mesmo encontra-se na interface entre os sistemas de energia e 
as cargas elétricas. Desta forma, este capítulo se propõe a estudar, de uma 
forma sucinta, a operação deste equipamento, focalizando os seguintes 
aspectos: princípio de funcionamento, rendimento, regulação, paralelismo e 
comportamento térmico. 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 7 - TRANSFORMADORES DE CORRENTE E DE 
POTENCIAL 
 
Ao se estabelecer qualquer procedimento de medição deve-se, de antemão, 
ressaltar que os trabalhos requerem etapas distintas e relevantes para o 
processo. Estas compreendem adequação dos sinais de tensão e corrente aos 
requisitos impostos pelos instrumentos de medição e/ou proteção, o que é 
realizado pelos TC’s e TP's. 
 
Como parte integrante dos temas considerados neste trabalho, para fins de um 
melhor entendimento da operação dos TP's e TC’s, far-se-á necessária uma 
abordagem do tema, de forma a contemplar os seguintes aspectos: princípios 
de funcionamento, definições, principais características, classes de exatidão, 
tipos de conexão, etc. 
 
 
CAPÍTULO 8 - EQUIPAMENTOS DE SECCIONAMENTO E 
PROTEÇÃO 
 
A energia elétrica deve ser fornecida com alto grau de segurança, 
confiabilidade e continuidade. Desta forma, destaca-se a importância de uma 
criteriosa escolha dos componentes, os quais irão seccionar (dispositivos de 
manobra ou seccionamento) e proteger (dispositivos de proteção) a instalação. 
 
Assim, este capítulo tem por meta a descrição sucinta dos principais 
equipamentos de secionamento e proteção em subestações. Dentre estes, 
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destacam-se: fusíveis, disjuntores, seccionadores, relés, pára-raios, etc., onde 
serão analisados os seguintes aspectos: princípios de funcionamento, 
definições, curvas características, especificação, aplicações, etc. 
 
 
CAPÍTULO 9 - SELETIVIDADE 
 
Quando uma falta ocorre numa rede elétrica, ela pode ser detectada 
simultaneamente por diversos dispositivos de proteção situados em diferentes 
áreas. A seletividade do sistema de proteção dá prioridade de operação aos