Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
i Subestações PROFESSOR ANTÔNIO CARLOS DELAIBA ii 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 2 iii 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: • • • • • • • • • 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. 3 iv 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. 4 v 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.. 5 vi 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. 6 vii 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, 7 viii 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 aosdispositivos mais próximos, localizados à montante da falta. Desta forma, a interrupção no fornecimento de energia fica limitada a menor parte possível do sistema. Entretanto, o sistema de proteção também permite contingências. Pois, quando o sistema é projetado, leva-se em consideração a possibilidade de um dispositivo de proteção falhar. Neste caso, um outro dispositivo, localizado a montante deste, deve atuar para limitar os efeitos da falta. Estes dispositivos de proteção instalados em série na rede elétrica, representa para o sistema elétrico uma maior confiabilidade. Diante da importância deste assunto, este capítulo abordará as cinco principais técnicas de proteção seletiva utilizadas em subestações, a saber: seletividade amperimétrica, cronométrica, lógica, por proteção diferencial e direcional. 8 ix CAPÍTULO 10 - PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES O transformador, por se tratar de um importante equipamento presente nas instalações de uma subestação, o mesmo necessita de um eficiente sistema de proteção contra todas as faltas susceptíveis de danificá-lo. Por esta razão, discute-se neste capítulo os principais dispositivos empregados na sua proteção. CAPÍTULO 11 - PROTEÇÃO DE GERADORES De uma maneira semelhante ao realizado para transformadores, este capítulo tem por finalidade discutir a influência das anormalidades operacionais impostas ao gerador, dentre as quais destacam-se: sobrecargas, curtos- circuitos, desequilíbrios, etc. Adicionalmente, apresenta-se também os principais dispositivos e os esquemas elétricos característicos normalmente associados com a proteção destes equipamentos. CAPÍTULO 12 - NOÇÕES SOBRE SISTEMAS AUXILIARES UTILIZADOS NAS SUBESTAÇÕES Sabe-se que existem basicamente dois tipos de serviços auxiliares utilizados nas subestações, quais sejam: fontes de serviços auxiliares em corrente alternada e em corrente contínua. Assim pretende-se neste capítulo abordar vários aspectos inerentes aos sistemas auxiliares citados acima, dentre os quais 9 x destaca-se: esquemas de manobra, especificação das fontes CA e CC, definições e conceitos básicos, tipos de carregadores-retificadores e dimensionamento dos acumuladores e dos retificadores. CAPÍTULO 13 - TARIFAÇÃO HORO-SAZONAL Até 1981 a tarifa imposta pelas concessionárias de energia elétrica, era única e se chamava “convencional”, não levando em conta as horas do dia e nem os meses do ano. A partir da ano citado, criou-se a tarifa horo-sazonal (azul e verde), em que foram instituídos preços diferenciados em função da demanda e da energia consumidas em períodos distintos do dia (ponta e fora de ponta) e do ano (úmido e seco). Assim, a titulo de ilustração, mostra-se neste capítulo as definições, expressões de cálculo e orientações gerais no que tange a sistemática envolvendo a tarifação convencional e a horo-sazonal. 10 CAPÍTULO 1 REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 11 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 2 REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 1 – SISTEMAS ELÉTRICOS Antes de entrarmos no assunto associado ao tema subestações, deve-se fazer uma rápida revisão da teoria e fórmulas de cálculo, envolvidos nas instalações elétricas, com o objetivo de abordar os principais conceitos e extrair da extensa teoria aquilo que é mais importante para a compreensão dos princípios envolvidos na operação e no funcionamento dos dispositivos de seccionamento e proteção utilizados em subestações. 1.1 – SISTEMAS DE CORRENTE ALTERNADA MONOFÁSICA 1.1.1 – GENERALIDADES A corrente alternada se caracteriza pelo fato de que a tensão, em vez de permanecer fixa, como entre os polos de uma bateria, varia com o tempo, mudando de sentido alternadamente. O número de vezes por segundo que a tensão muda de sentido e volta à condição inicial é a freqüência do sistema, expressa em "ciclos por segundo" ou "hertz", simbolizada por "Hz". No sistema monofásico, uma tensão alternada U (Volt) é gerada e aplicada entre dois fios, aos quais se liga a carga, que absorve uma corrente I (Ampère), conforme mostrado na figura 1a. 12 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 3 I U Z (a) U, I Umax Imax tempo 1ciclo=360º (b) φ Figura 1 - (a) Sistema monofásico, (b) Formas de onda da tensão e da corrente para um circuito monofásico; Se apresentarmos em um gráfico os valores de U e I a cada instante, obtém-se a fig. 1b. Nesta figura estão também indicadas algumas grandezas que serão definidas em seguida. Nota-se que as ondas de tensão e de corrente não estão "em fase", isto é, não passam pelo valor zero ao mesmo tempo, embora possuam a mesma freqüência. Isto acontece para muitos tipos de cargas, por exemplo, motores, transformadores, reatores, etc. 1.1.2 – LIGAÇÕES SÉRIE E PARALELO Quando ligarmos duas cargas iguais a um sistema monofásico, esta conexão pode ser feita de dois modos: - Ligação em Série: As duas cargas são atravessadas pela mesma corrente total . Neste caso, a tensão em cada carga será a metade da tensão do circuito. De um modo geral, o somatório da tensão aplicada em cada carga resultará na tensão total do circuito. 13 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 4 - Ligação em Paralelo: Aplica-se às duas cargas, a tensão de alimentação. Neste caso, a corrente nas cargas será a metade da corrente total. De um modo geral, o somatório das correntes em cada carga será a corrente total do circuito. As figuras 2 e 3 esclarecem o comentário realizado. 10A 440V 220V 220V Z Z 20A 220V Z Z10A 10A Figura 2 - Ligação em Série Figura 3 - Ligação em Paralelo 1.2 – SISTEMAS DE CORRENTE ALTERNADA TRIFÁSICA 1.2.1 – GENERALIDADES O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas monofásicos de tensões, U1, U2 e U3, defasados entre si de120°, ou seja, os "atrasos" de U2 e U1 em relação a U3 são iguais a 120°, (considerando um ciclo completo de 360°), conforme mostrado na figura 4. Ligando entre si os três sistemas monofásicos e eliminando os fios desnecessários, tem-se um sistema trifásico de tensões defasadas de 120 ° e aplicadas entre os três fios do sistema. 14 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 5 U1 I1 U2 I2 U3 I3 (a) 120º 120º 1 ciclo = 360º U U1 U2 U3 (b) Figura 4 - (a) Três sistemas monofásicos independentes (b) Formas de onda de um sistema trifásico de tensões defasadas de 120º; 1.2.2 – LIGAÇÃO TRIÂNGULO Chamam-se "tensões e correntes de fase" as tensões e correntes de cada um dos três sistemas monofásicos considerados, indicados por Uf e If. Se ligarmos os três sistemas monofásicos entre si, como indicado na Fig. 5, pode-se eliminar três fios, deixando apenas um em cada ponto de ligação, e o sistema trifásico ficará reduzido a três fios U, V e W. 15 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 6 A tensão entre dois quaisquer destes três fios chama-se "tensão de linha" (UL), que é a tensão nominal do sistema trifásico. A corrente em qualquer um dos fios chama-se "corrente de linha" (IL). Examinando o esquema elétrico da Fig. 6, observa-se que: 1) À carga é aplicada a tensão delinha UL que é a própria tensão do sistema monofásico componente, ou seja, UL = Uf. 2) A corrente de linha IL, é a soma das correntes das duas fases ligadas a este fio, ou seja, I = If1 + If3. Como as correntes estão defasadas entre si, a soma deverá ser feita graficamente, como mostrado na fig. 7, onde se obtém com base nas figuras 5, 6 e 7, a seguinte relação: IL = If x 3 = 1 ,732 x If . (1) Exemplo: Tem-se um sistema trifásico equilibrado de tensão nominal 220 Volt. A corrente de linha medida é de 10 Ampère. Ligando-se a este sistema uma carga trifásica composta de três cargas iguais ligadas em triângulo. Nestas condições, qual será a tensão e a corrente em cada uma das cargas? Tem-se que: Uf = U1= 220 Volt em cada uma das cargas. Se IL = 1,732 x If, obtém-se If =0,577xIL= 0,577 x 10= 5,77. Logo as correntes em cada uma das cargas (fase) será de 5,77 A. Uf1 If1 Uf2 If2 Uf3 If3 U V W I1 I2 I3 Figura 5 - Ligação elétrica em triângulo; 16 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 7 U V W If1 If2 If3 UL=Uf If3 I1=If1+If3 If1 Figura 6 - Esquema elétrico para ligação triângulo Figura 7 - Diagrama fasorial das correntes de linha e de fase para a ligação em triângulo I1 1.2.3 – LIGAÇÃO ESTRELA Ligando-se um dos fios de cada sistema monofásico a um ponto comum aos três fios restantes, forma-se um sistema trifásico em estrela, conforme ilustrado na figura 8. Às vezes o sistema trifásico em estrela é a "quatro fios" ou "com neutro" (aterrado ou isolado). O quarto fio é ligado ao ponto comum às três fases. A tensão de linha, ou a tensão nominal do sistema trifásico, e a corrente de linha são definidas de maneira semelhante ao realizado na ligação triângulo. Examinando-se o esquema da Fig. 9, observa-se que: 1) A corrente de linha IL é a mesma corrente da fase à qual o fio está ligado, ou seja, IL=If. 2) A tensão entre dois fios quaisquer do sistema trifásico é a soma gráfica, de acordo com a figura 10, das tensões de duas fases às quais estão ligados os fios considerados. Conforme ilustram as figuras 8,9 e 10, a relação existentes entre as tensões de linha e de fase, são expressas pela seguinte relação: 17 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 8 UL = Uf x 3 = 1 ,732 x Uf. (2) Exemplo: Tem-se uma carga trifásica composta de três cargas iguais; onde, cada carga é alimentada por uma tensão de 220 Volt, absorvendo 5,77 ampère. Nestas condições, pede-se: Qual a tensão e a corrente nominal do sistema trifásico que alimenta esta carga em suas condições normais? Tem-se que: Uf = 220 Volt. Então: UL= 1,732 x 220= 380 Volt IL = If = 5,77 Ampére Uf1 If1 Uf2 If2 Uf3 If3 U V W I1 I2 I3 Figura 8 - Sistema trifásico ligado em estrela; 18 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 9 Uf1 If1 UL=U1 U V W I1=If1 Uf1 Uf2 U1=Uf1+ Uf2 Figura 9 - Esquema elétrico para ligação estrela Figura 10 - Diagrama fasorial das tensões de linha e de fase para a ligação em estrela Uf2 1.3 – POTÊNCIAS Em um sistema elétrico, tem-se três tipos de potências, as quais são definidas como sendo potência aparente, ativa e reativa. Estas potências estão intimamente ligadas de tal forma que constituem um triângulo, conhecido como "Triângulo das Potências". A figura 11 ilustra o comentário realizado, e cujas grandezas elétricas estão definidas abaixo: S: Potência aparente, expressa em VA (volt-ampere). P: Potência ativa ou útil, expressa em W (watt). Q: Potência reativa, expressa em VAr (volt ampère reativo) φ: Ângulo que determina o fator de potência. 19 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 10 φ S P Q Figura 11 – Triângulo das Potências 1.3.1 - POTÊNCIA ATIVA OU ÚTIL É a componente da potência aparente (S), que realmente é utilizada em um equipamento, na conversão da energia elétrica em outra forma de energia. Em um sistema monofásico é definida por: P = U . I. cosφ. (3) Em um sistema trifásico pode ser expressa por: P=3 . Uf . If . cosφ ou P= 3 . UL . IL . cosφ (4) 1.3.2 – POTÊNCIA REATIVA É a componente da potência aparente (S), que não contribui na conversão de energia. Em um sistema monofásico é definida por: 20 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 11 Q = U. I. senφ (5) Em um sistema trifásico é expressa por: Q = 3 . Uf . If . senφ ou ` Q = 3 . UL . IL . senφ (6) 1.3.3 – POTÊNCIA APARENTE É a soma vetorial da potência útil e a reativa. É uma grandeza que para ser definida, precisa de módulo e ângulo, características do vetor. Assim tem-se: Módulo: 22 QPS += (7) Ângulo: φ = arctg (Q/P) (8) Aqui, pode-se notar a importância do fator de potência. Ele é definido como sendo a relação entre a potência útil e a aparente, isto é: f.p. = cosφ = P/S (9) Imagine dois equipamentos que consomem a mesma potência útil de 1000 W, porém o primeiro tem cosφ = 0,5 e o segundo tem cosφ = 0,85. Pelo triângulo das potências, chega-se à conclusão de que a potência aparente a ser fornecida ao primeiro equipamento é de 2000 VA, enquanto que o segundo requer apenas 1176,5 VA. 21 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 12 Um transformador é dimensionado pela potência aparente (S), e nestas condições, deve-se manter um fator de potência elevado em uma instalação elétrica. Além disto, as concessionárias de energia cobram pesadas multas sobre a tarifa de energia para aqueles que apresentarem fator de potência inferior a 0,92. A potência aparente pode ser calculada por: S = U. I (VA) – Sistema Monofásico (10) S=3. Uf . If = 3 x UL . IL – Sistema Trifásico (11) Outras relações importantes, podem ser expressas por: S = P / cosφ (VA) (12) S = Q / senφ (VA) (13) A título de ilustração, mostra-se na tabela 1, a determinação dos valores de tensão, corrente, potência e fator de potência em função do tipo de conexão da carga. 22 CAPÍTULO 1 – REVISÃO SOBRE OS CONCEITOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉTRICOS 13 Tabela 1 – Valores das grandezas elétricas em função do tipo de ligação; Denominação Estrela Triângulo Tensão de Linha UL UL Tensão no Enrolamento UL / 3 UL Corrente de Linha IL IL Corrente no Enrolamento IL IL / 3 Ligações dos Enrolamentos Esquemas Uf = UL/ 3 UL IL If = IL/ 3 Uf=UL Potência Aparente kVA S=3. Uf . If = 3 x UL . IL Potência Ativa kW P = 3 . Uf . If . cosφ = 3 . UL . IL . cosφ Potência Reativa kVAr Q = 3 . Uf . If . senφ = 3 . UL . IL . senφ Potência Absorvida da Rede Primária kVA SP = P + jQ Fator de Potência da Instalação Depende da instalação elétrica (cosφ2) 23 CAPÍTULO 2 INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 24 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 2 INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 1 – INTRODUÇÃO Um sistema elétrico de potência, na sua concepção geral, é constituído pelos equipamentos necessários para transportar a energia elétrica desde a "fonte" até os pontos em que ela é utilizada. Basicamente,este processo, desenvolve-se em quatro etapas: geração, transmissão, distribuição e utilização. Na figura 1, pode ser visto o diagrama de blocos de um sistema elétrico de potência típico, bem como a localização dos respectivos consumidores. Figura 1 - Esquema básico do sistema elétrico de potência; As 4 etapas, mostradas na figura 1, podem ser sucintamente definidas da seguinte forma: Geração: A conversão da energia primária em elétrica se faz, normalmente, através de conversões intermediárias até a geração de energia elétrica. De um modo 2 25 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 3 geral, a conversão eletromecânica de energia é realizada através de geradores síncronos alimentados por turbinas hidráulicas. Transmissão: O transporte de energia elétrica é feito através das linhas de transmissão, cujo valor de tensão, depende do comprimento da linha e da quantidade de energia a ser transportada. Sabe-se que, quanto maior a distância entre a geração e o consumo, maior será a tensão para a transmissão. Além disso, atualmente, tem que se levar em consideração, se a transmissão será feita em corrente alternada ou em corrente contínua. Distribuição Nesta etapa, a energia deverá ser fornecida a tensões compatíveis com os níveis de consumo. O diagrama unifilar, representado na figura 2, ilustra os níveis de tensão normalmente empregados nas diversas etapas envolvidas na transmissão da energia elétrica. Geração MT e BT Transmissão AT-EAT-UAT (CA e CC) Sub-Transmissão AT-EAT-UAT (CA e CC) Distribuição MT Consumidor Consumidor Consumidor Consumidor Figura 2 – Sistema elétrico de potência consumidores; 3 26 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 4 Como pode ser visto na figura 2, existem consumidores, isto é, instalações elétricas, alimentadas diretamente a partir das diferentes etapas do sistema elétrico de potência em função da quantidade de energia e extensão. Deve-se introduzir um sub-sistema, entre a transmissão e a distribuição, para que se disponibilize aos consumidores todos os níveis de tensão, denominado de sub-transmissão. Dependendo do nível, a tensão é classificada em: • Baixa tensão ( BT ) até 1kV • Média tensão ( MT ) de 1 a 66 kV ( inclusive ) • Alta tensão ( AT ) de 69 kV a 230kV ( inclusive) • Extra alta Tensão ( EAT ) de 230kV a 800kV ( inclusive ) • Ultra Alta Tensão ( UAT ) maiores que 800kV Os consumidores estão classificados em quatro grupos: • Grupo 1 – Grandes consumidores; • Grupo 2 - Consumidores médios; • Grupo 3 - Pequenos consumidores em média tensão; • Grupo 4 - Pequenos consumidores em baixa tensão. 2 – CONCEITOS E DEFINIÇÕES A título de ilustração e para o desenvolvimento deste curso, adotar-se-á as seguintes definições mais usuais extraídas da portaria 456 da ANEEL. 4 27 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 5 Carga Instalada: soma das potências nominais dos equipamentos elétricos instalados na unidade consumidora, em condições de entrar em funcionamento, expressa em quilowatts (kW). • • • • • • • Concessionária ou permissionária: agente titular de concessão ou permissão federal para prestar o serviço público de energia elétrica, referenciado, doravante, apenas pelo termo concessionária. Consumidor: pessoa física ou jurídica, ou comunhão de fato ou de direito, legalmente representada, que solicitar à concessionária o fornecimento de energia elétrica e assumir a responsabilidade pelo pagamento das faturas e pelas demais obrigações fixadas em normas e regulamentos da ANEEL, assim vinculando-se aos contratos de fornecimento, de uso e de conexão ou de adesão, conforme cada caso. Consumidor livre: consumidor que pode optar pela compra de energia elétrica de qualquer fornecedor, conforme legislação e regulamentos específicos. Contrato de adesão: instrumento contratual com cláusulas vinculadas às normas e regulamentos aprovados pela ANEEL, não podendo o conteúdo das mesmas ser modificado pela concessionária ou consumidor, a ser aceito ou rejeitado de forma integral. Contrato de fornecimento: instrumento contratual em que a concessionária e o consumidor responsável por unidade consumidora do Grupo “A” ajustam as características técnicas e as condições comerciais do fornecimento de energia elétrica. Contrato de uso e de conexão: instrumento contratual em que o consumidor livre ajusta com a concessionária as características técnicas e as condições de utilização do sistema elétrico local, conforme regulamentação específica. 5 28 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 6 Demanda: média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado. • • • • • • • • Demanda contratada: demanda de potência ativa a ser obrigatória e continuamente disponibilizada pela concessionária, no ponto de entrega, conforme valor e período de vigência fixados no contrato de fornecimento e que deverá ser integralmente paga, seja ou não utilizada durante o período de faturamento, expressa em quilowatts (kW). Demanda de ultrapassagem: parcela da demanda medida que excede o valor da demanda contratada, expressa em quilowatts (kW). Demanda faturável: valor da demanda de potência ativa, identificada de acordo com os critérios estabelecidos e considerada para fins de faturamento, com aplicação da respectiva tarifa, expressa em quilowatts (kW). Demanda medida: maior demanda de potência ativa, verificada por medição, integralizada no intervalo de 15 (quinze) minutos durante o período de faturamento, expressa em quilowatts (kW). Energia elétrica ativa: energia que pode ser convertida em outra forma de energia, expressa em quilowatts-hora (kWh). Energia elétrica reativa: energia elétrica que circula continuamente entre os diversos campos elétricos e magnéticos de um sistema de corrente alternada, sem produzir trabalho, expressa em quilovolt- ampere-reativo-hora (kvarh). Estrutura tarifária: conjunto de tarifas aplicáveis às componentes de consumo de energia elétrica e/ou demanda de potência ativas de acordo com a modalidade de fornecimento. 6 29 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 7 Estrutura tarifária convencional: estrutura caracterizada pela aplicação de tarifas de consumo de energia elétrica e/ou demanda de potência independentemente das horas de utilização do dia e dos períodos do ano. • • Estrutura tarifária horo-sazonal: estrutura caracterizada pela aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica e de demanda de potência de acordo com as horas de utilização do dia e dos períodos do ano, conforme especificação a seguir: a) Tarifa Azul: modalidade estruturada para aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica de acordo com as horas de utilização do dia e os períodos do ano, bem como de tarifas diferenciadas de demanda de potência de acordo com as horas de utilização do dia. b) Tarifa Verde: modalidade estruturada para aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica de acordo com as horas de utilização do dia e os períodos do ano, bem como de uma única tarifa de demanda de potência. c) Horário de ponta (P): período definido pela concessionária e composto por 3 (três) horas diárias consecutivas, exceção feitaaos sábados, domingos e feriados nacionais, considerando as características do seu sistema elétrico. d) Horário fora de ponta (F): período composto pelo conjunto das horas diárias consecutivas e complementares àquelas definidas no horário de ponta. e) Período úmido (U): período de 5 (cinco) meses consecutivos, compreendendo os fornecimentos abrangidos pelas leituras de dezembro de um ano a abril do ano seguinte. f) Período seco (S): período de 7 (sete) meses consecutivos, compreendendo os fornecimentos abrangidos pelas leituras de maio a novembro. 7 30 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 8 Fator de carga: razão entre a demanda média e a demanda máxima da unidade consumidora, ocorridas no mesmo intervalo de tempo especificado. • • • • • • Fator de demanda: razão entre a demanda máxima num intervalo de tempo especificado e a carga instalada na unidade consumidora. Fator de potência: razão entre a energia elétrica ativa e a raiz quadrada da soma dos quadrados das energias elétricas ativa e reativa, consumidas num mesmo período especificado. Fatura de energia elétrica: nota fiscal que apresenta a quantia total que deve ser paga pela prestação do serviço público de energia elétrica, referente a um período especificado, discriminando as parcelas correspondentes. Grupo “A”: grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão igual ou superior a 2,3 kV, ou, ainda, atendidas em tensão inferior a 2,3 kV a partir de sistema subterrâneo de distribuição e faturadas neste Grupo nos termos definidos no art. 82, caracterizado pela estruturação tarifária binômia e subdividido nos seguintes subgrupos: a) Subgrupo A1 – tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV; b) Subgrupo A2 – tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV; c) Subgrupo A3 – tensão de fornecimento de 69 kV; d) Subgrupo A3a – tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV; e) Subgrupo A4 – tensão de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV; f) Subgrupo AS – tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV, atendidas a partir de sistema subterrâneo de distribuição e faturadas neste Grupo em caráter opcional. Grupo “B”: grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão inferior a 2,3 kV, ou, ainda, atendidas em 8 31 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 9 tensão superior a 2,3 kV e faturadas neste Grupo nos termos definidos nos arts. 79 a 81, caracterizado pela estruturação tarifária monômia e subdividido nos seguintes subgrupos: a) Subgrupo B1 – residencial; b) Subgrupo B1 – residencial baixa renda; c) Subgrupo B2 – rural; d) Subgrupo B2 – cooperativa de eletrificação rural; e) Subgrupo B2 – serviço público de irrigação; f) Subgrupo B3 – demais classes; g) Subgrupo B4 – iluminação pública. Iluminação Pública: serviço que tem por objetivo prover de luz, ou claridade artificial, os logradouros públicos no período noturno ou nos escurecimentos diurnos ocasionais, inclusive aqueles que necessitam de iluminação permanente no período diurno. • • • • • Pedido de fornecimento: ato voluntário do interessado que solicita ser atendido pela concessionária no que tange à prestação de serviço público de fornecimento de energia elétrica, vinculando-se às condições regulamentares dos contratos respectivos. Ponto de entrega: ponto de conexão do sistema elétrico da concessionária com as instalações elétricas da unidade consumidora, caracterizando-se como o limite de responsabilidade do fornecimento. Potência: quantidade de energia elétrica solicitada na unidade de tempo, expressa em quilowatts (kW). Potência disponibilizada: potência que o sistema elétrico da concessionária deve dispor para atender às instalações elétricas da unidade consumidora, segundo os critérios estabelecidos nesta Resolução e configurada nos seguintes parâmetros: a) unidade consumidora do grupo “A”: a demanda contratada, expressa em quilowatts (kW); 9 32 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 10 b) unidade consumidora do Grupo “B”: a potência e KVA, resultante da multiplicação da capacidade nominal ou regulada, de condução de corrente elétrica do equipamento de proteção geral da unidade consumidora pela tensão nominal, observado no caso de fornecimento trifásico, o fator específico referente ao número de fases. Potência instalada: soma das potências nominais de equipamentos elétricos de mesma espécie instalados na unidade consumidora e em condições de entrar em funcionamento. • • • • • • • • Ramal de ligação: conjunto de condutores e acessórios instalados entre o ponto de derivação da rede da concessionária e o ponto de entrega. Religação: procedimento efetuado pela concessionária com o objetivo de restabelecer o fornecimento à unidade consumidora, por solicitação do mesmo consumidor responsável pelo fato que motivou a suspensão. Subestação: parte das instalações elétricas da unidade consumidora atendida em tensão primária de distribuição que agrupa os equipamentos, condutores e acessórios destinados à proteção, medição, manobra e transformação de grandezas elétricas. Subestação transformadora compartilhada: subestação particular utilizada para fornecimento de energia elétrica simultaneamente a duas ou mais unidades consumidoras. Tarifa: preço da unidade de energia elétrica e/ou da demanda de potência ativas. Tarifa monômia: tarifa de fornecimento de energia elétrica constituída por preços aplicáveis unicamente ao consumo de energia elétrica ativa. Tarifa binômia: conjunto de tarifas de fornecimento constituído por preços aplicáveis ao consumo de energia elétrica ativa e demanda faturável. 10 33 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 11 Tarifa de ultrapassagem: tarifa aplicável sobre a diferença positiva entre a demanda medida e a contratada, quando exceder os limites estabelecidos. • • • • • • • • Tensão secundária de distribuição: tensão disponibilizada no sistema elétrico da concessionária com valores padronizados inferiores a 2,3 kV. Tensão primária de distribuição: tensão disponibilizada no sistema elétrico da concessionária com valores padronizados iguais ou superiores a 2,3 kV. Unidade consumidora: conjunto de instalações e equipamentos elétricos caracterizado pelo recebimento de energia elétrica em um só ponto de entrega, com medição individualizada e correspondente a um único consumidor. Valor líquido da fatura: valor em moeda corrente resultante da aplicação das respectivas tarifas de fornecimento, sem incidência de imposto, sobre as componentes de consumo de energia elétrica ativa, de demanda de potência ativa, de uso do sistema, de consumo de energia elétrica e demanda de potência reativas excedentes. Valor mínimo faturável: valor referente ao custo de disponibilidade do sistema elétrico, aplicável ao faturamento de unidades consumidoras do Grupo “B”, de acordo com os limites fixados por tipo de ligação. Carga Elétrica: Conjunto de valores das grandezas elétricas que definem as solicitações impostas a um equipamento elétrico, tais como: transformadores, motores, etc. Falta Elétrica: Contato ou arco acidental entre partes sob potenciais diferentes e ou uma ou mais dessas partes para terra, em um sistema ou equipamento energizado. 11 34 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 12 Curto-circuito: Ligação intencional ou acidental entre dois ou mais pontos de um circuito através deuma pequena impedância. • • • Sobrecarga: Corrente que excede, ligeiramente, o valor nominal de um equipamento. Corrente de Curto: Corrente que excede muitas vezes, o valor nominal de um equipamento. Os aspectos anteriores preocuparam-se tão somente em definir e conceituar as principais grandezas elétricas (demanda, energia, etc.) necessárias à compreensão do tema proposto. No entanto, não se reportou em nenhum instante os conceitos e definições envolvendo as sobretensões devido às descargas atmosféricas e àquelas oriundas de chaveamentos. Desta forma, neste item, apresentar-se-á, resumidamente, a título de informação alguns aspectos elétricos inerentes aos fenômenos citados. 3 – SOBRETENSÕES E COORDENAÇÃO DE ISOLAMENTO a) Origem e Classificação das Sobretensões As redes elétricas estão sujeitas a várias formas de fenômenos transitórios, envolvendo variações súbitas de tensão e corrente provocadas por descargas atmosféricas, faltas no sistema ou operação de disjuntores ou seccionadoras. De uma forma genérica, os estudos realizados com a finalidade de obtenção dos valores referentes aos fenômenos transitórios, são necessários para a especificação dos equipamentos de um sistema elétrico. Esses estudos são denominados de sobretensões. Na prática, além dos valores das possíveis 12 35 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 13 sobretensões nos terminais dos equipamentos, também é de interesse a determinação das sobrecorrentes. Os cálculos das correntes transitórias, também são necessárias para a verificação dos esforços térmicos e mecânicos nos equipamentos e barramentos de uma subestação. As sobretensões podem ser classificadas de uma forma bem ampla em dois grupos: sobretensões externas ou internas, conforme a causa que as provocam seja de origem externa ou interna ao sistema elétrico. As sobretensões atmosféricas são caracterizadas por uma frente de onda de alguns microsegundos a poucas dezenas de microssegundos e são provocadas principalmente por descargas atmosféricas. Uma sobretensão de qualquer outra origem, que tenha característica de frente de onda similares àquelas utilizadas para a definição das sobretensão atmosférica, também é classificada como sobretensão atmosférica. A figura 3 apresenta um exemplo típico de uma sobretensão atmosférica. A figura 4 apresenta um exemplo típico de uma sobretensão de manobra fortemente amortecida. KV Va 0,9 Va 0,5 Va 0,3 Va 1,2 50 µ s0 Figura 3 - Sobretensão atmosférica típica; 13 36 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 14 Observa-se na figura 3 um valor de sobretensão elevado, atingindo o pico em torno de 1,2 µs, reduzindo a sobretensão a metade após 50 µs. 4 6 8 KV 1000 600 200 2 10 µ s Figura 4 - Sobretensão típica de manobra fortemente amortecida; Observa-se na figura 4, que a sobretensão atingiu aproximadamente 1000kV em 2 µs, enquanto que decorridos 10µs, a sobretensão foi reduzida para 800 kV. Isto se justifica pelo forte amortecimento sofrido pela sobretensão. b) Características dos Isolamentos Os isolamentos, de uma forma geral, abrangem os espaçamentos no ar, os isolamentos sólidos e os imersos em líquido isolante. De acordo com a finalidade a que se destinam, são classificados como sendo para uso externo e interno, conforme se utilizam: em instalações sujeitas a agentes externos como umidade, poluição, intempéries, etc., ou para uso interno. Além dessa classificação, de ordem geral, existe outra, do ponto de vista de isolamento. Os isolamentos podem ser: auto-regenerativos, que são os que têm capacidade de recuperação de sua rigidez dielétrica após a ocorrência de uma descarga causada pela aplicação de uma tensão de ensaio; ou não- regenerativos, que são aqueles que não têm a capacidade de recuperação de 14 37 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 15 sua rigidez dielétrica. Havendo uma descarga, há danificação parcial ou total do isolamento não-regenerativo. c) Níveis de Isolamento dos Equipamentos O nível de isolamento de um equipamento é o conjunto de tensões suportáveis nominais, aplicadas ao equipamento durante os ensaios e definidas em norma específica para esta finalidade, que define sua característica de isolamento. As tensões definidas em norma, a serem aplicadas nos ensaios para comprovar o nível de isolamento de um equipamento, são as seguintes: • tensão suportável nominal à frequência industrial de curta duração, geralmente 1 minuto. Esta grandeza elétrica também é conhecida como tensão aplicada. • tensão suportável nominal de impulso de manobra (atmosférico). A tensão suportável nominal à frequência industrial de curta duração, é o valor eficaz especificado da tensão à frequência industrial que um equipamento deve suportar em condições de ensaio especificadas e durante um período de tempo, geralmente não superior a 1 minuto. A tensão suportável nominal de impulso de manobra (ou atmosférica) é o valor de crista especificado de uma tensão suportável de impulso de manobra, que caracteriza o isolamento de um equipamento no que concerne aos ensaios de tensões suportáveis. As tabelas 1 e 2 ilustram os níveis de isolamento normalizados em função da classe de tensão de um equipamento. 15 38 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 16 Tabela 1 – Níveis de isolamento normalizados para 1kV < Um ≤ 52 kV (NBR 6949); Tensão máxima do equipamento Um (kV – valor eficaz) Tensão suportável nominal de impulso atmosférico (kV – valor da crista) NBI Tensão suportável nominal à frequência industrial durante 1 minuto (kV – valor eficaz) 3,6 20 40 10 7,2 40 60 20 15 95 110 34 25,8 125 150 60 38 170 200 80 48,3 250 105 Tabela 2 – Níveis de isolamento normalizados para 52kV < Um ≤ 300kV (NBR 6949); Tensão máxima do Equipamento Um (kV – valor eficaz) Base para os valores em p.u. Um 3 2 (kV – valor de crista) Tensão Suportável Nominal de Impulso Atmosférico (kV – valor de crista) NBI Tensão Suportável Nominal à Frequência Industrial durante 1 minuto (kV – valor de crista) 72,5 59 325 141 92,4 75 380 150 145 118 450 185 242 200 550 230 650 275 750 850 325 950 1050 360 395 460 16 39 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 17 As normas de coordenação do isolamento, inclusive a NBR- 6939 têm por objetivos fixar os níveis de isolamento dos equipamentos e estabelecer diretrizes para a elaboração de especificações e métodos de ensaios de equipamentos. Os ensaios são realizados de acordo com os procedimentos estabelecidos nas normas pertinentes e têm por objetivo verificar se um equipamento está em conformidade com as tensões suportáveis nominais que determinam o seu nível de isolamento. Para cada tipo de ensaio e cada tipo de equipamento, a norma do equipamento considerado especifica os métodos para detectar falha no isolamento e os critérios que permitem afirmar ter ocorrido falha no isolamento, durante os ensaios. Sempre que possível, os ensaios devem ser feitos de acordo com as recomendações constantes das normas pertinentes. No entanto, pequenos desvios são admissíveis em função de características especiais de um tipo particular de equipamento, desde que os níveis de isolamento normalizados não sejam modificados. Os ensaios nos equipamentos novos podem ser de tipo ou de rotina,dependendo da finalidade a que se destinam. Os ensaios de tipo têm a finalidade de verificar a conformidade de uma determinada característica de projeto de um equipamento elétrico, ou de um componente, com a sua respectiva especificação. Os ensaios de rotina têm a finalidade de verificar se determinado equipamento, ou componente, está em condições adequadas de funcionamento ou de utilização, de acordo com a respectiva especificação. Basicamente, o ensaio de tipo é realizado num protótipo, ou numa amostra, e o ensaio de rotina é realizado no equipamento, ou seção já pronto para entrega. 17 40 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 18 d) Princípios Básicos de Coordenação de Isolamento Denomina-se coordenação de isolamento ao conjunto de procedimentos, utilizados principalmente para a especificação de equipamentos, que tem por objetivo fundamental a redução, a uma nível econômico e operacionalmente aceitável, a probabilidade de falhas nos equipamentos ou no fornecimento de energia, levando-se em consideração as solicitações que podem ocorrer no sistema e as características dos dispositivos de proteção. Esses componentes para efeito de coordenação de isolamento de subestações, são os pára-raios, escoando para a terra parte da corrente proveniente da sobretensão devido ao desempenho que tem no controle das sobretensões, tanto do tipo de manobra quanto atmosféricas. Através do estudo da coordenação de isolamento que envolve a determinação das sobretensões, as quais os equipamentos estarão submetidos, seguida de seleção conveniente das suportabilidades elétricas, considerando-se as características dos dispositivos de proteção disponíveis. As concessionárias definem os valores da NBI normal e reduzido na SE. Nestas condições, as margens mínimas recomendadas pela NBR-8186 são as seguintes: 20% e 40% para equipamentos da faixa A, conforme mostra a tabela 1. e) Espaçamentos Elétricos e Distâncias de Segurança Em adição aos estudos de coordenação de isolamento para a determinação dos níveis de isolamento dos equipamentos das subestações, são definidos estudos para a determinação dos espaçamentos elétricos mínimos e das distâncias de segurança no interior da subestação. Os espaçamentos elétricos numa subestação, ao contrário dos equipamentos não podem ser ensaiados a impulsos e, providências devem ser adotadas 18 41 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 19 para evitar que ocorram descargas no isolamento, em tensões inferiores àquelas para as quais os equipamentos foram especificados. Com base em ensaios de laboratório de diversas configurações de eletrodo, são obtidas informações sobre o espaçamento requerido para suportar um determinado impulso aplicado, as quais devem ser utilizadas para o estabelecimento das distâncias elétricas mínimas na subestação. A NBR-8186 apresenta a Tabela 6, no anexo F, as informações sobre os espaçamentos e valores de tensão suportável a impulso atmosférico, a qual é reproduzida na Tabela 3. Além das definições dos níveis de isolamento dos equipamentos, em função das tensões nominais e NBI, são estabelecidas as distâncias mínimas entre condutores-terra. Tabela 3 - Correlação entre o nível de isolamento e o espaçamento mínimo fase-terra no ar para tensões suportáveis nominais de impulso atmosférico até 750 kV Tensão Suportável Nominal de Impulso Atmosférico (kV) Espaçamento Mínimo Fase-Terra no Ar (mm) 40 60 60 90 95 160 110 200 125 220 150 280 170 320 200 380 250 480 325 630 380 750 450 900 550 1100 650 1300 750 1500 19 42 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 20 f) Distância entre Escoamento de Buchas e Isoladores A complementação dos estudos de coordenação de isolamento é realizada selecionando-se as distâncias de escoamento das superfícies isolantes (isoladores) expostas ao meio ambiente, como as porcelanas das buchas e isoladores. Para estes isolantes, a solicitação mais importante é a tensão nominal de operação, a qual está continuamente aplicada e que é sensível ao efeito das condições ambientais. O comportamento destes isolantes é bastante influenciado pela umidade e densidade do ar. Pois, na presença de substância poluentes, há redução da suportabilidade do isolante à tensão na freqüência industrial. Em condições ambientais limpas, a corrente de fuga pela superfície da porcelana é da ordem de miliampéres, tendendo a aumentar devido à contaminação desta superfície por depósitos de sal, resíduos químicos ou poeira. Este fenômeno é ainda agravado quando a superfície contaminada é umedecida por chuva fina ou orvalho, criando camadas de maior condutividade e propiciando a ocorrência de descargas através do isolamento. A tabela 4 a seguir, ilustra o exposto. 20 43 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 21 Tabela 4 – Escala Provisória dos níveis de poluição naturais. Nível de Poluição Ambiente Característico Distância de Escoamento Admitida (mm/kV eficaz) Desprezível Áreas sem indústria e áreas com baixa densidade de indústria, mas sujeitas a ventos e/ou chuvas freqüentes. As áreas classificadas neste nível devem estar localizadas longe do mar ou em altitudes elevadas e em nenhum caso podem estar sujeitas a ventos marítimos. 16 Leve Áreas com indústrias que não produzam fumaça particularmente poluente, áreas com alta densidade de indústrias mas sujeitas a frequentes ventos limpos e/ou chuvas e áreas sujeitas a vento marítimos mas não muito próximas da costa (afastadas no mínimo 1 km). 20 Forte Áreas com alta densidade de indústrias produzindo poluição, áreas próximas ao mar e de algum modo expostas a ventos marítimos relativamente fortes. 25 Muito Forte Áreas geralmente de moderada extensão, sujeitas a fumaças industriais, produzindo camada condutora razoavelmente espessa, áreas geralmente de moderada extensão muito próximas da costa e expostas a ventos marítimos muito fortes e poluentes. 31 A título de ilustração, mostra-se um exemplo de cálculo da distância de isolação: Exemplo: Para uma subestação em 138 kV, situada numa região de poluição leve, a quantidade de isoladores necessários em cada ponto de aplicação dos mesmos é obtida da equação: no isoladores = 1,05 . V/d no isoladores = 8 20 138.05,1 ≅ isoladores 21 44 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 22 onde: V = tensão nominal (kV) d = distância de escoamento admitida em mm/kV Como conclusão ao se elaborar uma oferta de uma subestação, em relação à coordenação de isolamento, deve-se considerar: O NBI dos equipamentos em função da tensão nominal (classe de tensão) da subestação; • • • As distâncias entre condutores, definindo a área/lay out da subestação; A quantidade de isoladores em função das características do ambiente. 4 – NOÇÕES DE SUBESTAÇÕES 4.1 – CONCEITUAÇÃO Uma subestação pode ser definida como sendo um “conjunto de equipamentos com propósito de chaveamento, transformação, proteção ou regulação da tensão elétrica”, ou ainda “instalação elétrica destinada à alteração conveniente das características de energia elétrica ou manobras de circuitos elétricos de potência” Destinam-se basicamente a: • Suprimento de energia elétrica a consumidores; • Seccionamento de circuitos elétricos, necessários à estabilidade dos sistemas elétricos.22 45 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 23 Nestes seccionamentos há normalmente uma redistribuição de energia proveniente de várias fontes de geração e destinadas aos vários centros de carga a serem supridos. Poderão ainda ser conceituadas em função do nível de tensão de operação, como por exemplo: • Extra Alta Tensão (EAT) – acima de 345kV, destinadas basicamente ao seccionamento dos sistemas de transmissão; • Alta Tensão (AT) – de 69kV a 230kV, destinadas ao seccionamento dos sistemas de subtransmissão e subestações transformadoras, as quais são construídas para o atendimento de carga localizada, normalmente subestações abaixadoras de 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 falta devem ser desligadas imediatamente e o abastecimento de energia deve ser restaurado por meio de comutações ou manobras. Consequentemente, a escolha das ligações quando do planejamento de uma subestação, assume um significado especial e deve ser realizada estritamente de acordo com o planejamento do sistema elétrico. Em sistemas elétricos interligados, por exemplo, que possuem uma rede de distribuição secundária, a falta de uma subestação de distribuição não resulta em uma falta de alimentação. Para tais subestações, não é necessário um alto investimento em sua construção. Por outro lado, em redes radiais, 23 46 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 24 quando da desenergização da subestação de alimentação principal, todos os consumidores ficariam simultaneamente sem energia. Deve-se considerar ainda o fato da rede possuir circuitos singelos ou duplos. No caso de circuitos singelos, a segurança das subestações alimentadoras deve ser particularmente considerada, com a possível instalação de um barramento auxiliar. 4.2 – SUBESTAÇÕES PRINCIPAIS É o espaço físico destinado aos equipamentos e estruturas eletromecânicas que, interligados dentro de uma determinada configuração, recebem energia em um dado nível de tensão proveniente de geração própria ou de concessionária, e transmitem para pontos de utilização ou pontos de transferência em outro nível de tensão ou frequência compatíveis com o sistema elétrico existente ou a ser instalado. 4.3 – SUBESTAÇÃO UNITÁRIA Local destinado a receber a energia elétrica proveniente da subestação principal e transmitir às unidades elétricas industriais de produção em níveis de tensão e frequência compatíveis. 4.4 - TIPOS DE SUBESTAÇÃO Os projetos de subestação poderão ser elaborados segundo três tipos básicos, de acordo com a maneira de instalar, ou seja: Subestação ao tempo; • • Subestação semi-abrigada; 24 47 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 25 • Subestação abrigada. a) Subestação ao Tempo São aquelas instaladas ao ar livre, cujos equipamentos ficarão sujeitos a intempéries. b) Subestação semi-abrigada São aquelas providas somente de cobertura em toda à extensão do pátio de manobra. c) Subestação abrigada São instaladas em locais abrigados, cujos equipamentos não estão sujeitos a intempéries. 5 – PLANTA INDUSTRIAL As figuras 5, 6, 7 e 8 mostram esquematicamente as configurações de plantas industriais e a forma de participação da Schneider: • Entrada de energia em AT, sem subestações unitárias; • Entrada de energia em AT, com subestações unitárias; • Entrada de energia em MT, sem subestações unitárias; • Entrada de energia em MT, com subestações unitárias. 25 48 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 26 SUBESTAÇÃO PRINCIPAL ESCOPO DO TURN-KEY AT MT CASA DE COMANDO PN PROTEÇÃO E CONTROLE PN CA/CC RETIF / BATERIAS PAINÉIS MTMT PONTO DE ENTRADA DA CONCESSIONÁRIA UNIDADE INDUSTRIAL PRODUÇÃO PAINÉIS MT/BT POSSÍVEL IMPLATAÇÃO DA SCHNEIDER COM O FORNECIMENTO DE PAINÉIS MT Figura 5 – Entrada de energia em AT sem Subestação unitária; SUBESTAÇÃO PRINCIPAL ESCOPO DO TURN-KEY AT MT MT MT CASA DE COMANDO PN PROTEÇÃO E CONTROLE PN CA/CC RETIF / BATERIAS MT MT MT MT PONTO DE ENTRADA DA CONCESSIONÁRIA SE UNITÁRIA PAINÉIS MT/BT SE UNITÁRIA PAINÉIS MT/BT SE UNITÁRIA PAINÉIS MT/BT Fornecimento dos Equipamentos e Instalação Figura 6 – Entrada de energia em AT com Subestação unitária; 26 49 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 27 SUBESTAÇÃO PRINCIPAL ESCOPO DO TURN-KEY MT CABINE DE FORÇA + MEDIÇÃO Figura 7 – Entrada de energia em MT sem Subestação unitária; SUBESTAÇÃO PRINCIPAL ESCOPO DO TURN-KEY MT MT/BT MT/BT MT/BT Figura 8 – Entrada de energia em MT com Subestação unitária; Deve-se salientar que, os custos estão intimamente ligados à escolha do tipo de subestação a ser utilizado. Assim, os requisitos técnicos exigidos para uma subestação são proporcionais aos custos de investimento. 27 50 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 28 6 – EQUIPAMENTOS DE PÁTIO Podem ser classificados dentro de dois grupos: • Equipamentos de manobra; • Equipamentos de transformação. 6.1 – EQUIPAMENTOS DE MANOBRA Enquadram-se disjuntores e chaves seccionadoras, e podem ser ainda classificados como: • Ativo – disjuntores, visto que pode manobrar em carga normal ou defeito. Esta manobra poderá ser comandada pelo operador, a partir das chaves de comando instaladas nos painéis de comando da subestação ou no próprio disjuntor, ou automaticamente, para defeitos, através de relés de proteção; • Passivo – Seccionadoras, as quais normalmente não podem fazer manobras em carga. 6.2 – EQUIPAMENTOS DE TRANSFORMAÇÃO São equipamentos de transformação das características elétricas de tensões e correntes, proteção de outros equipamentos à surtos de tensão e equipamentos para comunicação. Neste item enquadram-se os transformadores de potência, transformadores de potencial (TP), transformador de corrente (TC), pára-raios, filtros de 28 51 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 29 onda (bobina de bloqueio) e reguladores de tensão. Podem ser ainda incluídos, os reatores e capacitores, os quais se destinam à melhoria da regulação das linhas de transmissão possibilitando um melhor rendimento dos sistemas a que estão conectados. 6.3 – EQUIPAMENTOS DE COMANDO, CONTROLE E PROTEÇÃO Destinam-se à supervisão dos sistemas elétricos. Conectados aos secundários de TP’s E TC’s tomam uma imagem do que ocorre eletricamente nos circuitos onde estão ligados os equipamentos. 6.4 – EQUIPAMENTOS DE COMANDO Destinam-se ao acionamento de disjuntores e chaves seccionadoras. Podem ainda ser vistos como: • Local ou remoto – em função de sua localização em relação ao equipamento a ser acionado; • Manual ou automático – em função da necessidade ou não da participação do operador. 6.5 – EQUIPAMENTOS DE CONTROLE Destinam-se à supervisão dos sistemas elétricos. Sendo estes: • Indicadores de tensão, corrente, potência ativa e reativa, temperatura, freqüência; • Medidores de controle e faturamento; • Registradores gráficos de tensão, corrente, potência ativa e reativa, temperatura; 29 52 CAPÍTULO 2 – INTRODUÇÃO AO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 30 • Registradoresde defeitos (oscilógrafos); • Anunciadores óticos e acústicos; • Localizadores de defeitos; • Etc. 6.6– EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO Compreende principalmente os relés de proteção que podem ser divididos em função da sua aplicabilidade: • Relés de sobrecorrente e relés de sobrecorrente direcional; • Relés de distância; • Relés de sobretensão; • Relés diferenciais; • Relés de religamento; • Etc. 30 53 CAPÍTULO 3 CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 54 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 2 CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 1 – INTRODUÇÃO Para o desenvolvimento de qualquer projeto de uma instalação elétrica, deve-se representar todos os seus componentes de tal forma a se obter uma visão global de toda a instalação, tanto sob o aspecto de disposição e localização no sistema elétrico, como de suas funções. 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. Consequentemente, vários são os diagramas elétricos que se tornaram os mais usuais, os quais são analisados na sequência deste capítulo. 2 – DIAGRAMAS ELÉTRICOS 2.1 – DIAGRAMA UNIFILAR Trata-se da representação mais usual na análise de um sistema elétrico. É um diagrama onde se representa o circuito elétrico por uma de suas fases, destacando-se as partes de força do sistema (aqueles que se destinam à condução da energia), sem contudo entrar em detalhes da forma de conexão, ajustes, comando, etc. Na figura 1a pode-se observar a representação unifilar do diagrama de blocos representado na figura 1, enquanto que a figura 1b, mostra um diagrama elétrico típico de uma subestação. 55 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 3 2.2 - DIAGRAMA TRIFILAR É a representação de um circuito elétrico, levando-se em consideração as suas três fases, sendo importante como subsídio para a elaboração dos demais esquemas de detalhamento de um determinado projeto. O diagrama trifilar, além de conter as informações básicas do diagrama unifilar, contém muitos outros detalhes, que serão inclusive transportados a outros esquemas, dando uma excelente idéia de conjunto. Na figura 2, pode ser ilustrado a representação do diagrama trifilar tomando-se como base o diagrama da figura 1a. (a) 56 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 4 3 TP’s TP’s PARA PROTEÇÃO DIRECIONAL 50 51 50 51 67 N 50 N 51 50 N 51 MEDIÇÃO MEDIÇÃO 67 N 6767 DISJUNTOR DISJUNTOR ENTRADA AÉREA ENTRADA AÉREA 3 TP”s 3 TP”s 2 TC’s2 TC’s 3 TC’s 3 TC’s MEDIÇÃO COM DUPLA ALIMENTAÇÃO A B C A B C 67 50 51 67 N 50 N 51 A B A C B A B C PONTO DE LIGAÇÃO PONTO DE ENTRADA RAMAL DE LIGAÇÃO RAMAL DE ENTRADA RAMAL DE SERVIÇO PARA-RAIO, TIPO ESTAÇÃO 10 kA TRANSFORMADOR DE CORRENTE TRANSFORMADOR DE POTÊNCIAL CONJUNTO TRIPOLAR DE CHAVES SECCIONADORAS C/ CHIFRES E ATERRAMENTO. C/ BLOQUEIO MECÂNICO CONJUNTO TRIPOLAR DE CHAVES SECCIONADORAS DE COMANDO SIMULTÂNEO RELÉ DE SOBRECORRENTE DE FASE COM ELEMENTOS INSTANTÂNEO E TEMPORIZADOS DIRECIONAIS. RELÉ DE SOBRECORRENTE DE NEUTRO COM ELEMENTOS INSTANTÂNEO E TEMPORIZADOS DIRECIONAIS. RELÉ DE SOBRECORRENTE DE FASE INSTANTÂNEO E TEMPORIZADOS. RELÉ DE SOBRECORRENTE DE TERRA INSTANTÂNEO E TEMPORIZADOS. DISJUNTOR (b) Figura 1 - Representação unifilar de uma subestação; 57 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 5 Figura 2 - Representação trifilar; 2.3 - DIAGRAMA DE IMPEDÂNICA Quando se deseja analisar o comportamento de um sistema em condições normais de carga ou durante a ocorrência de um curto-circuito, o diagrama unifilar deve ser transformado num diagrama de impedâncias, mostrando o circuito equivalente de cada componente do sistema, referido ao mesmo lado de um dos transformadores. Na figura 3, representa-se o diagrama de impedância referente ao diagrama unifilar mostrado na figura 1a. Figura 3 - Diagrama de impedâncias; 58 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 6 3 - ESTUDO E ESCOLHA DOS TIPOS DE DIAGRAMA EM FUNÇÃO DAS CARGAS – APLICAÇÕES 3.1 – GENERALIDADES O projeto de uma instalação é realizado com maior facilidade com auxílio de um diagrama de ligação, o qual é completado no decorrer do surgimento de idéias, até que contenha todas as indicações, assim como os dados técnicos dos aparelhos, do material, dos instrumentos e dos diversos equipamentos de proteção. Inicialmente, torna-se necessário a definição de unidades funcionais, conhecidas como “bay's”, podendo estes ser de linha, transformador e transferência. Os aparelhos de manobra que compõem uma unidade funcional em ordem, são: uma chave seccionadora de terra, que tem por finalidade o aterramento de linha de transmissão quando das manutenções, sendo, portanto, um dispositivo de segurança. Em seguida tem-se um disjuntor isolado por duas chaves seccionadoras, uma de linha e outra de barramento. Para a complementação da unidade funcional ("bay"), necessita-se de um pára- raios, e dos transformadores de potencial e de corrente para conexão dos aparelhos de medição e proteção. A posição destes transformadores, pode ser feita de dois modos: a) Entre a chegada de energia e o disjuntor colocado antes da seccionadora de transferência “by pass”, pois facilita a transferência da proteção para disjuntor de acoplamento; 59 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 7 b) Entre o disjuntor e o barramento, conseguindo com isto a própria proteção pelo disjuntor. Quanto à disposição, deve-se colocar o transformador de corrente antes do transformador de potencial, pois deste modo o transformador de corrente protege o de potencial. A figura 4 mostra as unidades funcionais de uma subestação. 60 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 8 bay de transferência“bay de transformador” CCP ( Comando, controle, proteção ) Unidade funcional “bay da linha” I II CCP CCP Legenda: Pára-ráio Seccionadora Seccionadora com lâmina de terra Disjuntor TC (transformador de corrente) TP (transformador de potencial) Transformador Figura 4 – Unidades Funcionais em uma Subestação; 61 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 9 3.2 - BARRAMENTO SINGELO (SIMPLES) Representa o tipo básico, sendo comumente empregado em subestações de distribuição. A figura 5 ilustra o diagrama básico de uma subestação com barramento singelo. CCP CCP CCP CCP SAÍDA / ENTRADA DE LINHA Figura 5 – Diagrama Básico – Barramento Singelo; As características mais importantes dos barramentos singelos são: 9 Boa visibilidade de instalação: com isto é reduzido o perigo de manobras errôneas por parte do operador. 9 Reduzida flexibilidade operacional; em casos de distúrbios ou manutenção no barramento é necessário desligar toda a subestação. 9 Baixo custo de investimento (representa 88% de uma instalação idêntica, em 138 KV, com barramento duplo). 62 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 10 9 Pela introdução de um seccionamento ao longo do barramento (seccionamento longitudinal), de acordo com a Figura 6, onde são oferecidas possibilidadesadicionais de operação em grupo, limitações de distúrbios e possibilidades de divisão da rede. Além disto, os consumidores podem ser alimentados no mínimo de duas maneiras diferentes. A operação com duas tensões e frequência também é possível. CCP CCP CCP CCP Figura 6 – Barramento singelo com seccionamento longitudinal; Os barramentos singelos são utilizados em: 9 Subestações transformadoras e de distribuição quando a segurança de alimentação dos consumidores pode ser obtida por intermédio de comutações (redes interligadas formando malha por exemplo). 9 Em pontos da rede para os quais não há necessidade de fornecimento contínuo (sem interrupção). 63 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 11 O sistema que utiliza barramento simples (singelo) com seccionamento ao longo do mesmo, pode ser executado utilizando-se um disjuntor com seccionador longitudinal. Assim, obtém-se o chamado barramento singelo com disjuntor de acoplamento longitudinal desenhado na Figura 7. CCP Figura 7 – Barramento singelo com disjuntor de acoplamento longitudinal; Esta execução oferece, ao contrário daquela com seccionamento longitudinal, uma conexão mais simples, fácil e com possibilidades de separação das diversas partes, sem interrupção de serviço. Oferece, ainda, a possibilidade de conexão de uma bobina limitadora de corrente juntamente com o disjuntor. Uma instalação com este tipo de conexão básica, determina, portanto, uma maior flexibilidade no que se refere às diversas possibilidades de operação. Esta conexão é encontrada, freqüentemente, nas instalações de consumo próprio de usinas elétricas. Normalmente, em instalações de média tensão de grande porte, 64 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 12 há necessidade imperiosa de se seccionar os barramentos por causa da presença de altas correntes de curto-circuito. Esta separação é perfeitamente possível quando se dispõe de um disjuntor de acoplamento transversal. A utilização de bobinas limitadoras de corrente é preferida quando se trata de instalações existentes e que deva ser ampliada; normalmente, esta ampliação provoca o aumento excessivo das correntes de curto-circuito, tornando necessário a sua limitação. A Figura 8 ilustra os comentários expostos acima. SA FECHADA KA71,46" 3KI KA76,45" 2KI KA85,44" 1KI = = = 345 MVA 345 MVA Ampliação 500 KVA µ = 5% 500 KVA µ = 5% 500 KVA µ = 5% KA87,31" 3KI KA42,31" 2KI KA31" 1KI = = = MVA450" 3KS MVA345" 2KS MVA280" 1KS = = = SA Figura 8 – Ampliação de uma subestação; 65 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 13 3.3 – BARRAMENTO AUXILIAR Os barramentos auxiliares identificados na figura 9, os quais normalmente estão conectados ao barramento principal por intermédio de um disjuntor, oferecem vantagem adicionais aos diagramas apresentados, a saber: 9 Livre possibilidade de manobra para qualquer disjuntor, sem desligamento de derivação correspondente. Alta segurança de alimentação. 9 Conexão de derivação sem disjuntor e sem utilização dos barramentos principais. 9 Aumento de custos relativamente reduzido (aproximadamente 4% quando comparado com uma subestação de 138 KV – barramento duplo). Este tipo de diagrama para subestações tem aplicação em: 9 Pontos da rede, nos quais é exigida alta segurança de alimentação (quando, por exemplo, existe permanência de circuitos singelos). 9 Em conexão com barramentos múltiplos, para localidades com forte poluição de ar, quando a limpeza acarreta desligamentos frequentes. 66 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 14 Barramento principal Barramento auxiliar CSA CSB CSE CSC CSD CL CL A B C D Figura 9 – Barramento Auxiliar; Observações: Normalmente os transformadores de corrente são colocados entre o transformador e a chave seccionadora ou na saída de linha (circuitos “A” e “C”) para que eles permaneçam em serviço mesmo durante a utilização do disjuntor auxiliar (acoplamento) no circuito de reserva. Deste modo, a proteção do transformador pode ser facilmente comutada para o disjuntor de reserva (auxiliar). Caso as linhas não tenham comprimento variável, os transformadores de corrente para as saídas de linha podem ser dispostos conforme indica o circuito “B” da Figura 9. Com isto, pode-se comutar facilmente o relé de distância para o disjuntor de reserva. Não seria prudente comutar os 67 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 15 transformadores de corrente, pois estes não podem trabalhar com o secundário aberto, mesmo por pouco tempo. O barramento auxiliar em conexão com um sistema de barramentos duplos, oferece uma grande segurança contra interrupções de fornecimento. Quase todas as partes da instalação podem ser, consequentemente, comutadas sem tensão e sem interrupção de fornecimento. Em grande estações transformadoras é comum a previsão de um grupo de transformadores de reserva. Neste caso, é suficiente coordenar o barramento auxiliar com o circuito alimentador da linha. Entretanto, no caso em que todas as linhas de alimentação deixam o barramento em uma mesma direção, os custos são menores do que para um sistema de barramento adicional (barramento duplo). Em conexão com um barramento singelo, esta solução é freqüentemente adotada é tecnicamente mais vantajosa do que um barramento duplo. Estas vantagens refletem-se principalmente na disposição dos equipamentos na subestação, apresentando facilidades de manobra e visibilidade de instalação. 3.4 – BARRAMENTO DUPLO A figura 10 identifica o diagrama unifilar de uma subestação com barramento duplo, enquanto que a figura 11 ilustra o diagrama esquemático do barramento duplo com o auxiliar. A utilização do barramento duplo é recomendado nas seguintes situações: 9 Instalações de grande porte que operam com tensões e frequências diferentes. 9 Fornecimento de energia para diversos consumidores a partir de uma única alimentação. 68 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 16 9 Onde o fornecimento de energia deve ser contínuo, sem sofrer qualquer interrupção (por exemplo: durante a manutenção dos equipamentos da instalação). 9 Impossibilidade de se fixar previamente a disposição das diversas derivações (entradas e saídas). Barramento I Barramento II Figura 10 – Barramento Duplo; De uma forma geral, chega-se sempre a solução empregando-se barramentos duplos; esta escolha depende da natureza da instalação (tipo de acoplamento dos barramentos, etc.). Em alguns casos, chega-se à conclusão da necessidade do emprego de até 6 barramentos; como por exemplo em instalações para consumo próprio de usinas elétricas; pontos de união de redes; reunião de diversos consumidores com tarifas diferentes. . 69 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 17 Barramento I Barramento II Barramento auxiliar Figura 11 – Barramento duplo com barramento auxiliar; Características dos barramentos duplos: 9 Liberdade de escolha das conexões para manobras; 9 Divisão racional de todos os circuitos em dois grupos, para limitação de distúrbios e divisão da rede; 9 Manutenção de um barramento, sem interrupção do fornecimento de energia dos circuitos, os quais são conectados ao outro barramento; 70 CAPÍTULO 3 – CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE SUBESTAÇÕES 18 9 Para a manutenção dos aparelhos de um circuito é efetivamente necessário desligar essa alimentação. Caso
Compartilhar