Subestação 13k8

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Projeto 13
Subestação de 13,8 kV / 220V - 127V
Outubro − 2014
ELE0646 Subestações de Energia Elétrica
Docente: Marcos Dias de Alemeira
Discente: Mariana Vanderlei Brasil
Ricardo Luiz Soares de França
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Departamento de Engenharia Elétrica
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Sumário
Lista de Figuras 4
Lista de Tabelas 5
1 Problemática 6
2 Introdução 8
3 Cálculo da Demanda 9
3.1 Cálculo das Demandas de Tomadas de Uso Geral e Iluminação . . . . . . . . . . 9
3.2 Cálculos das Demandas das Máquinas de Refrigeração tipo SPLIT . . . . . . . . 10
3.3 Cálculo da Demanda do Motor de Indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.4 Cálculo da Demanda de Tomadas de Uso Específico . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.5 Demanda Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4 Transformadores 12
5 Cálculo da Fator de Potência 14
5.1 Potência Total Ativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
5.2 Potência Total Reativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
5.3 Fator de Potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
6 Grupo Gerador 16
7 Cálculo das Correntes de Curto Circuito 17
7.1 Correntes de Curto Circuito no Ponto de Entrega . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
7.2 Correntes de Curto Circuito em Baixa Tensão – Barramento Secundário . . . . . 18
8 Medição 20
8.1 Dimensionamento e Especificação do TPAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
8.2 Dimensionamento e Especificação do TCAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
8.3 Dimensionamento e Especificação de TCBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
9 Proteção 22
9.1 Proteção contra Sobretensões – Pára-Raios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
9.2 Dimensionamento do TCAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
9.3 Proteção Contra Sobrecorrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
9.3.1 Unidade de Fase Temporizada – 51 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
9.3.2 Unidade de Neutro Temporizada – 51N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
9.3.3 Unidade de Fase Instantânea – 50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
9.3.4 Unidade de Neutro Instantânea – 50N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
9.3.5 Resumo das funções de proteção de Sobrecorrente – Relé URPE -7104 . . 29
9.4 Disjuntores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
9.4.1 Disjuntores AT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
9.4.2 Disjuntores BT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
10 Dimensionamento dos Barramentos 32
10.1 Barramento de Alta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
10.2 Barramento de Baixa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Mariana Vanderlei Brasil 2 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
11 Dados Gerais 33
12 Dimensionamento da Malha de Terra 35
13 Quantitativo do Material 37
14 Referências 38
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Lista de Figuras
1 Diagrama Unifilar - Problemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3 Condições de Tensão para R1th/X1th = 0,2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4 Relé Pextron URPE–7104 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5 Curva de Coordenação da Unidade 51 de Fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6 Curva de Coordenação da Unidade 51 de Neutro . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
7 Planta com os pontos demarcados a serem medidos. . . . . . . . . . . . . . . . . 35
8 Perfil da Resistividade do solo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Lista de Tabelas
1 Fator de Demanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Demandas de TUG’s e Iluminação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Demandas das Máquina de Refrigeração tipo SPLIT . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4 Fator de Demanda dos Motores de Indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5 Fator de Simultaneidade dos Motores de Indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6 Fator de Utilização dos Motores de Indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
7 Demandas dos Motores de Indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
8 Especificação dos Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
9 Listagem das Potências Instaladas e fp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
10 Características Técnicas do Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
11 Características Técnicas do Altenador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
12 Especificação do TPAT de medição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
13 Especificação do TCAT de medição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
14 Consumo dos Dispositivos de Medição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
15 Especificação do SPDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
16 Consumo dos Dispositivos de Proteção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
17 Especificação do TC de Proteção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
18 Dimensionamento de Barramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
19 Resistividade Calculada a partir das Medições de Resistência . . . . . . . . . . . 35
20 Quantitativo do Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
1 Problemática
Na figura abaixo está representado o diagrama unifilar de uma subestação abrigada, entrada
subterrânea, ligada em 13,8 kV, onde podem ser vistos os barramentos dos quadros de carga, com
as respectivas proteções, alimentados pelo(s) transformador(es) de força, bem como os demais
equipamentos. Pede-se projetar a subestação, observar a norma de suprimento em 13,8 kV da
COSERN.
Figura 1: Diagrama Unifilar - Problemática
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
O projeto desta Subestação será realizado conforme os dados fornecidos abaixo.
a) Impedâncias equivalentes de Thévenin no ponto de entrega
Z1 = 0,9599 + j2,6296 pu
Z0 = 1,9967 + j4,0325 pu
Vbase = 13,8 kV
Sbase = 100MVA
b) Cargas → Quadros de cargas instalados na planta.
? QDL1 → Iluminação e tomadas de uso geral dos galpões: 13,6 kW
? QDL2 → Iluminação e tomadas de uso geral do escritório e refeitório: 12 kW, sendo
10 kW do escritório
? QF1 → Máquinas de refrigeração tipo split:
◦ 8 unidades: 4 TR, trifásica, fp = 0,92, rend = 0,88 (para cada unidade), fu = 0,86,
fs = 0,80;
◦ 20 unidades: 3 TR, trifásica, fp = 0,92, rend = 0,88 (para cada unidade), fu = 0,86,
fs = 0,82;
◦ 30 unidades: 2 TR, trifásica, fp = 0,93, rend = 0,88 (para cada unidade), fu = 0,86,
fs = 0,84;
? QF2 → Forno elétrico: 100 kW, trifásico
? CCM1 → 3 motores de indução: 50CV, trifásico, fp = 0,85, rend = 92% (para cada
unidade)
? CCM2 → 10 motores de indução: 10CV, trifásico, fp = 0,90, rend = 93% (para cada
unidade)
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
2 Introdução
Uma Subestação, em geral, é uma instalação elétrica de alta potência, contendo equipamentos
para transmissão, distribuição, proteção e controle de energia elétrica. Na subestação descrita na
figura 1 constam os seguintes equipamentos: TP’s e TC’s de medição, TP’s e TC’s de proteção,
Relé com as funções 50/51, 50N/51N e 27, Chave Seccionadora, Disjuntor,Transformador, Cos-
sifímetro (Medidor de fator de potencia), Voltímetro, Amperímetro, Frequencímetro e Quadro
de Cargas.
A nossa problemática se resume em projetar uma Subestação Abaixadora — 13,8 kV / 220-
127V — abrigada, com entrada aérea para uma demanda de 735,7 kVA. Nela faremos os dimen-
sionamentos dos TP’s e TC’s de proteção, Relé, Disjuntores de Alta e Baixa tensão, Transfor-
mador e outros equipamentos. Não é necessário ser feito o dimensionamento dos equipamentos
de medição, pois é obrigação da concessionária.
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
3 Cálculo da Demanda
Para determinar a potência dos transformadores de força da Subestação, inicialmente calcu-
lamos as demandas de carga de acordo com o proposto e utilizando as equações que seguem.
D (kVA) =
Pot (kW ) · fu
rend · fp
(1)
DCCMi (kVA) = Ni ·Di (kW ) · fsi (2)
Onde,
fu : Fator de utilização
fp : Fator de potência
fsi : Fator de simultaneidade
Ni : Número de equipamentos
A equação 1 faz referência a demanda de cada split e a 2 é utilizada para cálculo da demanda
de cada grupo de split.
3.1 Cálculo das Demandas de Tomadas de Uso Geral e Iluminação
A partir da tabela 1, oriunda do livro do Mamede[1], adota-se fator de demanda 100% e
fator de potência igual a 0,9.
Descrição Fator de Demanda (%)
Auditórios, salões para exposição e semelhantes 100
Bancos, lojas e semelhantes 100
Barbearias, salões de beleza e semalhantes 100
Clues e semelhantes 100
Escolas e semelhantes 100 para os primeiros 12 kW e 50para o que exceder
Escritório (edifícios de) 100 para os primeiros 20 kW e 70para o que exceder
Garagens comerciais e semelhantes 100
Hospitais e semelhantes 40 para os primeiros 50 kW e 20para o que exceder
Hotéis e semelhantes
50 para os primeiros 20 kW; 40
para os seguintes 80 kW; 30 para
o que exceder de 100 kW
Igrejas e semelhantes 100
Residências (apartamentos residenciais)
100 para os primeiros 10 kW;
35 para os seguintes 110 kW; 25
para o que exceder de 120 kW
Restaurantes e semelhantes 100
Tabela 1: Fator de Demanda
Pinst =
PT
fp
(kVA)
DQDL = Pinst · fd (kVA)
(3)
Mariana Vanderlei Brasil 9 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Quadro P (kW) fp Pinst (kVA) fd D (kVA)
QDLF1 13,60 0,9 15,11 1 15,11
QDLF2 12,00 0,9 13,33 1 13,33
Tabela 2: Demandas de TUG’s e Iluminação
3.2 Cálculos das Demandas das Máquinas de Refrigeração tipo SPLIT
Fazendo uso das equações 1 e 2, obtém-se os resultados mostrados na tabela 3.
Quadro Quant. P (kW) fp Pinst (kVA) fu rend Dind (kVA) fs Dgrupo (kVA)
MR1 8 14,067 0,92 8 · 15,29 0,86 0,88 14,94 0,80 95,616
MR2 20 10,550 0,92 20 · 11,48 0,86 0,88 11,22 0,82 184,008
MR3 30 7,067 0,93 30 · 7,56 0,86 0,88 7,39 0,84 186,228
Tabela 3: Demandas das Máquina de Refrigeração tipo SPLIT
3.3 Cálculo da Demanda do Motor de Indução
A demanda do motor de indução é dada pelas mesmas equações 1 e 2 e os fatores de demanda,
simultaneidade e utilização são definidos pelas tabelas 4, 5 e 6, retiradas do Mamede[1].
Número de Motores
em Operação Fator de demanda (%)
01 – 10 70 – 80
11 – 20 60 – 70
21 – 50 55 – 60
51 – 100 50 – 60
>100 45 – 55
Tabela 4: Fator de Demanda dos Motores de Indução
Aparelhos (CV) Número de Aparelhos
2 4 5 8 10 15 20 50
Motores: 3/4 a 2,5 0,85 0,80 0,75 0,70 0,60 0,55 0,50 0,40
Motores: 3 a 15 0,85 0,80 0,75 0,75 0,70 0,65 0,55 0,45
Motores: 20 a 40 0,80 0,80 0,80 0,75 0,65 0,60 0,60 0,50
Motores: > 40 0,90 0,80 0,70 0,70 0,65 0,65 0,65 0,60
Retificadores 0,90 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,70 0,70
Soldadores 0,45 0,45 0,45 0,40 0,40 0,30 0,30 0,30
Fornos Resistivos 1,00 1,00
Fornos de Indução 1,00 1,00
Tabela 5: Fator de Simultaneidade dos Motores de Indução
Mariana Vanderlei Brasil 10 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Aparelhos fu
Fornos à Resistência 1,00
Secadores, caldeiras . . . 1,00
Fornos de Indução 1,00
Motores de 3/4 a 2,5CV 0,70
Motores de 3 a 15CV 0,83
Motores de 20 a 40CV 0,85
Motores > 40CV 0,87
Soldadores 1,00
Retificadores 1,00
Tabela 6: Fator de Utilização dos Motores de Indução
Quadro Quant. P (kW) fp Pinst (kVA) fu rend Dind (kVA) fs Dgrupo (kVA)
CCM1 3 36,775 0,85 3 · 43,265 0,87 0,92 40,913 0,85 104,329
CCM2 10 7,355 0,90 10 · 8,172 0,83 0,93 7,293 0,70 51,053
Tabela 7: Demandas dos Motores de Indução
3.4 Cálculo da Demanda de Tomadas de Uso Específico
As demandas das tomadas de uso específico são definidas mediante as equações 4 e 5 que
seguem abaixo. Considerando o fator de demanda 0,86 e fator de potência unitário, tem-se:
Pinst(kVA) =
Pot(kVA)
fp
= 100 kVA (4)
D(kVA) = Pinst · fd = 86 kVA (5)
3.5 Demanda Total
A potência total instalada é dada pelo somatório das potências calculadas em kVA, logo
Pinst,tot(kVA) = + 15,11
+ 13,33
+ 122,32
+ 229,6
+ 226,8
+ 129,795
+ 81,72
+ 100
Total 918,675 kVA
Através do mesmo raciocínio, pode-se calcular a demanda total.
Dtotal(kVA) = + 15,11
+ 13,33
+ 95,616
+ 184,008
+ 186,228
+ 104,329
+ 51,053
+ 86
Total 918,675 kVA
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
4 Transformadores
A definição das potências instalada e demandada permite a especificação e dimensionamento
do(s) transformadores de força. Desta forma, sendo a potência de atendimento a própria de-
manda calculada na seção anterior (735,674 kVA), e estimando uma taxa de crescimento de 5%
dentro do horizonte de 5 anos; tem-se a demanda de 938,927 kVA. Assim, opta-se pelo emprego
de dois transformadores de 500 kVA paralelados. Ambos os trafos escolhidos são do fabricante
WEG, com secundário em barra fechada.
O paralelismo dos transformadores cujas características seguem na tabela 8 deverá obedecer
aos seguintes critérios:
? A alimentação primária dos mesmos deve ter as mesmas características elétricas. Os mes-
mos estarão ligados ao mesmo barramento primário (13,8 kV);
? Os transformadores devem ser idênticos1 e possuir o mesmo deslocamento angular;
? A tensão no secundário tem de ser igual. Os mesmos estação ligados no secundário em
barra fechada (220/127V);
? Os fatores de potência de curto-circuito devem ser iguais;
? A relação entre as potências nominais não deve ser maior que 3:1.
Atributo Valor
Potência 500 kVA
Norma de Fabricação NBR 5356/93
Refrigeração ANAN
Atmosfera Não é agressiva
Proteção IP20
Classe do Material Isolante F ( 155oC)
Classe de Tensão 15 kV
Tensão Primária 13,8/13,2/12,6/12,0/11,4 kV
Tensão Secundária 220/127V
Primário Triângulo (∆)
Secundário Estrela com neutro acessível
Deslocamento angular 30o
Frequência Nominal 60Hz
Perdas em Vazio Sob Consulta
Perdas Totais Sob Consulta
Corrente de Excitação 1,2%
Impedância a 75oC 6%
Comprimento (C) 2000mm
Largura (L) 1200mm
Altura (A) 1650mm
Peso 1900 kg
Tabela 8: Especificação dos Transformadores
1Garantido pelo fabricante
Mariana Vanderlei Brasil 12 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Figura 2: Transformador
Mariana Vanderlei Brasil 13 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
5 Cálculo da Fator de Potência
Devido ao caráter indutivo de algumas cargas, faz-se necessário a contabilização da potência
reativa total da instalação a fim de averiguar a necessidade ou não do projeto e instalação de
um banco de capacitores. Deste modo, os cálculos a serem realizados baseiam-se na tabela 9,
que segue abaixo.
Quadro Potência (kW) fp Reativo (kVAr)
QFL1 13,600 0,90 6,57
QFL2 12,000 0,90 5,81
QFMR1 112,536 0,92 47,94
QFMR2 211,000 0,92 89,88
QFMR3 210,990 0,93 83,39
QFCCM1 110,325 0,85 68,37
QFCCM2 73,550 0,90 35,62
QF 100,000 1,00 0,00
Tabela 9: Listagem das Potências Instaladas e fp
5.1 Potência Total Ativa
Patv,tot(kW ) = + 13,6
+ 12,0
+ 112,536
+ 211,0
+ 210,99
+ 110,325
+ 73,55
+ 100,0
Total 844,001 kW
5.2 Potência Total Reativa
Patv,tot(kW ) = + 6,57
+ 5,81
+ 47,94
+ 89,88
+ 83,39
+ 68,37
+ 35,62
Total 337,58 kVAr
5.3 Fator de Potência
Calculando então o fator de potência resultante.fp = cos
[
tg−1
(
Qtotal(kV Ar)
Ptotal(kW )
)]
fp = cos
[
tg−1
(
337,58
844,001
)]
fp = 0,928
Mariana Vanderlei Brasil 14 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Dessa forma, o fator de potência está adequado, já que se encontra dento da faixa requerida
por norma (> 0,92). Assim, não há necessidade da implementação de banco de capacitores.
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
6 Grupo Gerador
Tomando por base que as cargas essenciais são aquelas responsáveis pelo circuito de ilumi-
nação e tomadas de uso geral. Visto que, durante uma interrupção de fornecimento elétrico por
parte da concessionária, não teríamos o comprometimento da segurança dos usuários bem como
das atividades desenvolvidas. Dessa forma, obteremos o grupo gerador responsável por atender
essas cargas.
Pgerador ≥ DQFL1 +DQFL2 = 15, 11 + 13, 33
≥ 28, 44 kVA
= 40, 0 kVA
Potência do grupo gerador a diesel da Heimer da linha de motores Mercedes Benz, 60Hz,
modelo GEHM-40, conforme as carcterísticas mostradas nas tabelas 10 e 11.
Categoria Especificação
Fabricante MWM International
Modelo D229-3
Potência 50hp (1800rpm) / 40hp (1800 rpm)
Cilindros 3 em linha
Cilindrada Total 2,94 litros (102 X 120mm)
Compressão 17:1
Aspiração Natural
Combustão Injeção direta
Consumo 8 l/h (60Hz), 6,6 l/h (50Hz) a 75% de carga contínua
Sistema de Arrefecimento Radiador e ventilador
Filtros Ar, combustível e óleo
Sistema Elétrico 12Vcc (com bateria incluída), alternador e carregador de bateria
Painel RPM, horímetro, temperatura da refrigeração, pressão do óleo, partida
Proteção Parada do motor por superaquecimento e baixa pressão do óleo
Tabela 10: Características Técnicas do Motor
Categoria Especificação
Fabricante Heimer
Modelo ATED
Tipo Síncrono, sem escovas, com imã permanente, 4 pólos trifásico ou monofásico
Ligação Estrela com neutro acessível
Regulação Regulador de tensão eletrônico.
Ventilação Ventilador montado no eixo
Isolamento Classe "H"
Mancais Mono ou duplo mancal (Disponível sob pedido)
Tabela 11: Características Técnicas do Altenador
Mariana Vanderlei Brasil 16 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
7 Cálculo das Correntes de Curto Circuito
Demonstra-se, nas subseções em sequência, os cálculos das correntes de curto circuito.
7.1 Correntes de Curto Circuito no Ponto de Entrega
A seguir serão apresentados os valores referentes às correntes de curtos circuitos vistos do
lado de alta tensão (AT).
Z1 = 0,9599 + j2,6296 pu
Z0 = 1,9967 + j4,0325 pu
Vbase = 13, 8 kV
Sbase = 100MVA
I. Corrente de base do sistema do lado AT:
IB =
100M√
3 · 13.800
= 4, 18 kA (6)
II. Corrente de curto circuito trifásica:
ICC3φ =
1
0,9599 + j2,6296
· 100M√
3 · 13, 8 k
= 1,494 kA (7)
III. Corrente de curto circuito bifásica (considerando z1 = z2):
ICC2φ =
√
3
2
· 1,494 k
= 1,294 kA (8)
IV. Corrente de curto circuito fase-terra franco:
ICCftmı́n =
3 · 1
2 · (0,9599 + j2,6296) + (1,9967 + j4,0325)
· 100M√
3 · 13, 8 k
= 1,244 kA (9)
V. As potências de curto circuito no ponto de entrega podem ser calculadas da seguinte forma:
PCC,3φ =
√
3 · Vfasepré · ICC,3φ
=
√
3 · 13.800 · 1.494 = 35,71MVA (10)
PCC,ftmı́n =
Vfasepré√
3
· ICC,ftmı́n
=
13.800√
3
· 1.244 = 9,912MVA (11)
VI. Corrente de carga máxima:
IC,mx =
1M√
3 · 13.800
= 41,83A (12)
Mariana Vanderlei Brasil 17 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
7.2 Correntes de Curto Circuito em Baixa Tensão – Barramento Se-
cundário
Para realizar os cálculos das correntes de curto circuito no lado de baixa tensão, deve-se
considerar as impedâncias dos transformadores em paralelo, visto pelo lado de baixa. Como eles
possuem as mesmas características, pode-se determinar a impedância de apenas. Conforme a
tabela 8, a impedância dos transformadores é de 6% a 75o, logo:
ZT1,pu = ZT2,pu = j0,06 (13)
Desta forma, calcula-se a impedância vista do lado de baixa tensão (BT) em Ohms e em pu.
ZT1(Ω) = ZT2(Ω) = j0,06 ·
13.8002
500 k
= j22,85 Ω (14)
ZT1(pu) = ZT2(pu) = j22,85 ·
100M
13.8002
= j12 pu (15)
ZTeq =
j12
2
= j6 pu (16)
(17)
I. Corrente de base do sistema do lado BT
IB =
100M√
3 · 220
= 262, 431 kA (18)
II. Corrente de curto circuito trifásica
ICC,3φ =
1
0,9599 + j2,6296 + j6
· 100M√
3 · 220
= 30,224 kA (19)
III. Corrente de curto circuito bifásica
ICC,2φ =
√
3
2
· 30,224 k
= 26,175 kA (20)
IV. Corrente de curto circuito fase terra mínimo
ICC,ftmı́n =
3 · 1
2 · (0,9599 + j2,6296) + (3 · j6)
· 100M√
3 · 220
= 33,734 kA (21)
V. As potências de curto circuito no barramento secundário podem ser calculadas da seguinte
Mariana Vanderlei Brasil 18 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
forma
PCC,3φ =
√
3 · Vfase · ICC,3φ
=
√
3 · 220 · 30.224 = 11,517MVA (22)
PCC,ftmı́n =
Vfase√
3
· ICC,ftmı́n
=
220√
3
· 33.734 = 4,285MVA (23)
Mariana Vanderlei Brasil 19 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
8 Medição
Os transformadores de medição de corrente (TC) e o de potência (TP) são fornecidos pela
concessionária conforme a norma de Fornecimento de Energia Elétrica em Tensão Primária de
Distribuição – 13,8 kV , disponibilizada pela COSERN, a qual ratifica:
? A medição é única e individual por unidade consumidora e instalada na propriedade do
consumidor;
? Os equipamentos de medição, tais como medidores, TPs e TCs são fornecidos e lacrados
pela concessionária, ao passo que ao consumidor cabe assegurar o livre acesso dos funcio-
nários da concessionária ao local de instalação;
? Os eletrodutos contendo os condutores até a caixa de medição devem ser aparentes, não
sendo admitida instalação embutida;
? A medição de energia elétrica para fornecimento em tensão primária de distribuição classe
15 kV ocorre no circuito primário, quando:
a) O posto de transformação ou unidade consumidora possuir tensão diferente da pa-
dronizada pela concessionária;
b) A capacidade instalada da subestação for superior a 225 kVA;
c) Existir rede primária particular na propriedade do cliente.
? São utilizados 3 (três) transformadores de potencial e três (3) de corrente conforme espe-
cificações a seguir:
a) Transformador de potencial de medição, tensão nominal 13,8 kV , classe de isolamento
15 kV , grupo de ligação 2, tensão secundária 115 V, classe de exatidão de 0,3% e uso
interno;
b) Transformador de corrente de medição, tensão nominal 13,8 kV , classe de isolamento
15 kV , classe exatidão 0,3%, fator térmico FT=1,5, uso interno e relação de transfor-
mação conforme tabela 05 do anexo I da norma.
8.1 Dimensionamento e Especificação do TPAT
Conforme comentado previamente, o TP de medição localizado na cabine de medição é de
responsabilidade da concessionária, cabendo a ela a especificação do TP conforme a tabela 12.
Atributo Valor
Tensão primária 13,8 kV
Tensão secundária 115V
Classe de isolamento 15 kV
Grupo de ligação 2
Classe de Exatidão 0,3 %
NBI 95kV
Equipamento de uso interno
Tabela 12: Especificação do TPAT de medição
Mariana Vanderlei Brasil 20 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
8.2 Dimensionamento e Especificação do TCAT
Da mesma forma que o TPAT, tem-se os resultados mostrados na tabela 13.
Atributo Valor
Tensão primária 13,8 kV
Classe de isolamento 15 kV
Classe de Exatidão 0,30 %
Fator térmico 1,5
Equipamento de uso interno
Relação de transformação para carga instalada (kVA) 901−−1.200 : 40/5A.
Tabela 13: Especificação do TCAT de medição
8.3 Dimensionamento e Especificação de TCBT
Corrente de carga no lado BT:
Icarga =
1000 k√
3 · 220
= 2624,32A (24)
Utilizando um fator de assimetria de 1,4:
Icarga,máx = Icarga · fa
=
2624,32
1,4
= 1874,51A (25)
ICC,3φ = 30,224 kA (26)
Para dimensionar o TC, deve-se atender a dois critérios:
InpTC ≥ IC,máx = 1874,51A (27)
InpTC ≥
ICC,máx
FS
=
30,224 k
20
= 1511,2A (28)
(29)
Para o TC de medição, a FS é igual a 20 vezes a corrente primárianominal, dessa forma a
relação de tranformação (RTC) é 2000 : 5A. Abaixo, na tabela 14, encontra-se o consumo dos
equipamentos especificados.
Atributo Valor
Potência dos equipamentos 6,0V A
Consumo dos cabos 1,0V A
Consumo próprio do TC 2,0V A
Tabela 14: Consumo dos Dispositivos de Medição
Para as potências verificadas, determinamos um TC C12,5 para atender as necessidades do
projeto.
Mariana Vanderlei Brasil 21 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
9 Proteção
9.1 Proteção contra Sobretensões – Pára-Raios
Protegem os sistemas elétricos contra surtos de tensão e, para dimensioná-los, a seguinte
relação expressa na equação 30 deve ser garantida.
vnom,60Hz ≥ faterr · Vmáx (30)
A determinação do fator de aterramento (faterr) é obtida a partir dos passos que seguem.
Calcular as relações:R1th/X1th, X0th/X1th e R0th/X1th no ponto de instalação do pára-raio.
Z1 = 0,9599 + j2,6296 pu
Z0 = 1,9967 + j4,0325 pu
R1th
X1th
=
0,9599
2,6296
= 0,365 (31)
X0th
X1th
=
4,0325
2,6296
= 1,533 (32)
R0th
X1th
=
1,9967
2,6296
= 0,759 (33)
Figura 3: Condições de Tensão para R1th/X1th = 0,2
Com os resultados obtidos nas equações 31, 32 e 33 , defini-se 0,70 como fator de aterramento.
Assim, podemos calcular a tensão nominal do pára-raio, conforme mostrado na equação 34.
Mariana Vanderlei Brasil 22 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Vnom,60Hz ≥ 0,70 · 13.800 · 1,05
≥ 10,143 kV (34)
Logo, adota-se 12 kV como tensão nominal do pára-raio, já que este é o valor comercial
imediatamente acima do calculado. As demais especificações se encontram na tabela 15.
Atributo Detalhe Valor
Corrente de Descarga Nominal Normalizada 8/50µs 10 kA
Tensão Nominal Eficaz 12 kV
Tensão Disruptiva de Impulso Atmosférico 1,2/50µs 43 kV
Tensão Disruptiva à Frequência Industrial 18 kV
Tensão Disruptiva Eficaz Máxima de Manobra 31 kV
Tabela 15: Especificação do SPDA
Os pára-raios deverão ser interligados à haste de aterramento por meio de condutores de aço
cobreado, bitola 2AWG, sendo um pára-raio por fase de óxido metálico em invólucro polimérico.
9.2 Dimensionamento do TCAT
Devemos dimensionar 3 TC’s que serão utilizados na alimentação dos relés 50/51/50N/51N,
instalados para operação do disjuntor de AT.
ICC,3φ = 1,494 kA (35)
IC,máx = 41,83A (36)
O dimensionamento do TC deve atender os dois critérios expressos nas equações 37 e 38, que
seguem abaixo.
InpTC ≥ IC,máx = 41,83A (37)
InpTC ≥
ICC,máx
FS
=
1,494 kA
20
= 74, 7A (38)
Dessa forma, InpTC = 100A e InsTC = 5A. Relação de transformação (RTC) = 100 : 5. E,
o consumo dos equipamentos se encontra expresso na tabela 16.
Atributo Valor
Potência do relé 2,0V A
Consumo dos cabos 2,0V A
Consumo próprio do TC 2,0V A
Tabela 16: Consumo dos Dispositivos de Proteção
Para as potências verificadas, as necessidades do projeto serão atendidas com um TC C12,5,
cuja especificação encontra-se na tabela 17.
Mariana Vanderlei Brasil 23 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Atributo Valor
Destinação Proteção
Uso Interior
Classe de exatidão 10B50
Classe de tensão 15 kV
Número de enrolamentos secundários 25 : 1
Fator térmico k = 1,3
Carga nominal C12,5
Relação de transformação 100 : 5A
Nível de isolamento 95 kV
Tipo em epóxi
Tabela 17: Especificação do TC de Proteção
9.3 Proteção Contra Sobrecorrente
Para que haja um funcionamento adequando dos dispositivo de proteção contra sobrecor-
rente, é necessário um estudo prévio de coordenação entre o relé do consumidor e o relé da
concessionária, objetivando o pleno funcionamento do sistema.
Ajustes do relé associado ao religador da concessionária:
? RTC 600/5
? Relé 8IRD-C2N2, Fabricante: ZIV Grid Automation
? Fase:
◦ Unidade 51: Tap 2 A Curva 0,1 NI IEC
◦ Unidade 50: Tap 16 A Tempo: 0,08 s
? Neutro:
◦ Unidade 51N: Tap 0,4 A
◦ Unidade 50N: Tap 1,5 A
? Neutro Sensível:
◦ Unidade 51Ns: Tap 0,1 A
? Outras funções:
◦ Curva 0,1 NI IEC Tempo: 0,08 s
◦ Tempo: 6 s
◦ Fase aberta: 0.35 I2/I1 Tempo 5.0 s
? Religamentos Automáticos:
◦ Número de religamentos: 2
◦ Tempos dos religamentos: 1.5 / 15 s
◦ Sequência de operações: (50/51/50N/51N) / (51/51N) / (51/51N)
◦ Funções que bloqueiam o religamento: 51NS / FASE ABERTA
◦ Tempo de Reset: 60 s
Mariana Vanderlei Brasil 24 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Relé do consumidor a ser usado:
? Fabricante: Pextron
? Modelo: URPE-7104
? Dimensões:
◦ Largura: 75mm
◦ Altura: 144mm
◦ Profundidade: 230mm
? Características para ajustes:
◦ Unidade Temporizada de Fase:
� Tap: de 0,25 a 16 x TC
� DT: (Curvas: NI-MI-LONG-IT-I 2T) de 0,10 a 2,0
� TD: (Tempo Definido): de 0,05 a 240 seg.
◦ Unidade Instantânea de fase:
� TAP: de 0,25 a 100 x TC
� TD: (Tempo Definido): de 0,05 a 240 seg.
◦ Unidade Temporizada de Neutro:
� TAP: de 0,15 a 6,5 x TC
� DT: (Curvas: NI-MI-LONG-IT-I 2T) de 0,10 a 2,0
� TD: (Tempo Definido): de 0,05 a 240 seg
◦ Unidade Instantânea de Neutro:
� TAP: de 0,15 a 50 x TC
� TD: (Tempo Definido): de 0,05 a 240 seg.
Figura 4: Relé Pextron URPE–7104
Mariana Vanderlei Brasil 25 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
9.3.1 Unidade de Fase Temporizada – 51
A partir dos dados da concessionária tem-se:
mconc =
ICC,máx
Itap ·RTC
=
1494
2 · 120
= 6,22 (39)
trelé,conc =
k1 · TMS
mk2 − 1
=
0,14 · 0,1
6,220,02 − 1
= 0,376 s (40)
Dessa forma,
trelé,cons ≤ trelé,conc − 0,2 s
≤ 0,376− 0,2 s
≤ 0,176 s (41)
Para o ajuste da corrente mínima de atuação da unidade 51 de fase, será utilizada a equa-
ção 42, abaixo.
ttap = 0,1 ·
Icarga,máx
RTC
= 0,1 · 41,83
20
(42)
= 2,09A
No entanto, o tap do consumidor tem que ser menor que o da concessionária, para assim
haver coordenação. Dessa forma, sabendo que o tap da concessionária é de 2 A, usaremos para
o consumidor 1 A.
Itap = 2,09A (43)
Múltiplo do consumidor:
mcons =
ICC,máx
Itap ·RTC
=
1494
1 · 20
= 74,7 (44)
Como o valor de m e superior a 20, utilizaremos m = 20 em virtude da saturação. Adotando
a curva NI–IEC (k1 = 0,14 e k2 = 0,02), com TMS = 0,1, pois esse é o mínimo valor que o relé
especificado atende.
trelé,cons ≥
k1 · TMS
mk2 − 1
=
0,14 · TMS
200,02 − 1
≥ 0,14 · 0,1
200,02 − 1
⇒ trelé,cons ≥ 0,22 s < trelé,conc (45)
Mariana Vanderlei Brasil 26 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
102 103
10−0.5
100
100.5
Corrente de Curto (A)
T
em
po
do
R
el
é(
s)
Coordenação Curva NI–IEC | Fase
Concessionária
Consumidor
Figura 5: Curva de Coordenação da Unidade 51 de Fase
9.3.2 Unidade de Neutro Temporizada – 51N
A partir dos dados da concessionária, tem-se:
mconc =
ICC,fase−terra
Itap ·RTC
=
1244
0,4 · 120
= 25,91 (46)
Como o valor de m é superior a 20, faz-se m = 20.
trelé,conc =
k1 · TMS
mk2 − 1
=
0,14 · 0,1
200,02 − 1
= 0,226 s (47)
Tempo de atuação do relé do consumidor
trelé,cons ≤ trelé,conc − 0,2 s
≤ 0,226− 0,2 s
≤ 0,026 s (48)
Para o ajuste da corrente mínima de atuação da unidade 51 de fase, será utilizada a equa-
ção 49, abaixo.
tmı́n,AT ≥ 0,1 ·
Icarga,máx
RTC
= 0,1 · 41,83
20
(49)
≥ 2,09A⇒ tmı́n,AT = 0,22A
Múltiplo do consumidor:
mcons =
ICC,fase−terra
Itap ·RTC
=
1244
0,22 · 20
= 282,72 (50)
⇒ mcons = 20 (51)
(52)
Será utilizada a curva NI–IEC (k1 = 0,14 e k2 = 0,02), com TMS = 0,1, pelo mesmo que
Mariana Vanderlei Brasil 27 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
anteriormente.
trelé,cons ≥
k1 · TMS
mk2 − 1
=
0,14 · TMS
200,02 − 1
≥ 0,14 · 0,1
200,02 − 1
⇒ trelé,cons ≥ 0,22 s < trelé,conc (53)
101 102 103
10−1
100
Corrente de Curto (A)
T
em
po
do
R
el
é(
s)
Coordenação Curva NI–IEC | Neutro
Concessionária
Consumidor
Figura 6: Curva de Coordenação da Unidade 51 de Neutro
9.3.3 Unidade de Fase Instantânea – 50
O relé deve atuar para os valores de corrente de curto-circuito bifásico e trifásico. Será usado
para o cálculo da corrente de ajuste instantânea a corrente de curto-circuito bifásico,pois o
relé atuando para uma corrente de curto-circuito bifásico, atuará também para o curto-circuito
trifásico.
(3 a 8) · Icarga,máx
RTC
≤ IAT,inst ≤
ICC,2φ
RTC
(54)
8 · 41,83
20
≤ IAT,inst ≤
1294
20
(55)
16, 73A ≤ IAT,inst ≤ 64,7A (56)
Como a unidade 50 de fase da concessionária está ajustada para uma corrente de 16A secun-
dário, 1920A primário e tempo de 0,08 s. Ajusta-se a unidade 50 de fase do consumidor para
uma corrente primário menor que 1920A. Dessa forma, 500A, ou seja 25A secundário e tempo
de 0,04 s.
9.3.4 Unidade de Neutro Instantânea – 50N
Fazendo as mesmas considerações da unidade 50 de Fase para a unidade 50 de Neutro.
(3 a 8) · Ideseq
RTC
≤ IAT,inst ≤
ICC,fase−terra
RTC
(57)
Ideseq = (0,1 a 0,3) · Icarga,máx (58)
Mariana Vanderlei Brasil 28 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
8 · 0,2 · 41,83
20
≤ IAT,inst ≤
1244
20
(59)
3,346A ≤ IAT,inst ≤ 62,2A (60)
9.3.5 Resumo das funções de proteção de Sobrecorrente – Relé URPE -7104
? Ajustes das unidades 50/51 de Fase e 50/51 de Neutro:
◦ RTC: 20: 100/5
◦ Sobrecorrente Temporizada de Fase- 51:
� Tap: 1 A, Curva: 0,1- NI IEC.
◦ Sobrecorrente Instantânea de Fase- 50
� Tap: 25 A, Tempo: 0,04 s.
◦ Sobrecorrente Temporizada de Neutro – 51N:
� Tap: 0,22 A, Curva: 0,1- NI IEC.
◦ Sobrecorrente Instantânea de Neutro- 50N
� Tap: 5,5 A, Tempo: 0,04 s
9.4 Disjuntores
9.4.1 Disjuntores AT
Por determinação da norma da COSERN item 4.10.3.6, a proteção utilizada no ponto de AT
deverá obedecer os seguintes parâmetros mínimos para potência acima de 225 kVA:
? Acionamento automático na abertura
? Capacidade de interrupção nominal mínima = 350MVA
? Corrente nominal mínima = 350A
9.4.2 Disjuntores BT
Os disjuntores de baixa tensão são dimensionados a partir da corrente que passará pelos seus
terminais. Sendo utilizado um disjuntor para o quadro de luz e força, três para o quadro de
máquinas de refrigeração tipo Split e um para os motores de indução, seguindo aos seguintes
critérios estabelecidos pela NBR 5410[2]:
Ic ≤ In ≤ IzI2 ≤ 1,45 · Iz (61)
? QLF
In =
Sn√
3 · 220
=
15,11 + 13,33 + 86)k√
3 · 220
= 300,33A
300,33 ≤ In ≤ 367
In = 350A (62)
I2 = 1,35 · In = 1,35 · 350 = 472,5A
472,5 ≤ 1,45 · 367⇒ 472,5 ≤ 532,15
Mariana Vanderlei Brasil 29 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Disjuntor 1: In = 350A
? QMR1
In =
Sn√
3 · 220
=
95,616 k√
3 · 220
= 250,92A
250,92 ≤ In ≤ 321
In = 300A (63)
I2 = 1,35 · In = 1,35 · 300 = 405A
405 ≤ 1,45 · 321⇒ 405 ≤ 465,45
Disjuntor 2: In = 300A
? QMR2
In =
Sn√
3 · 220
=
184,008 k√
3 · 220
= 482,89A
482,89 ≤ In ≤ 502
In = 500A (64)
I2 = 1,35 · In = 1,35 · 500 = 675A
675 ≤ 1,45 · 502⇒ 675 ≤ 727,9
Disjuntor 3: In = 500A
? QMR3
In =
Sn√
3 · 220
=
186,228 k√
3 · 220
= 488,72A
488,72 ≤ In ≤ 502
In = 500A (65)
I2 = 1,35 · In = 1,35 · 500 = 675A
675 ≤ 1,45 · 502⇒ 675 ≤ 727,9
Disjuntor 4: In = 500A
Mariana Vanderlei Brasil 30 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
? QCCM
In =
Sn√
3 · 220
=
(104,329 + 51,053) k√
3 · 220
= 407,77A
407,77 ≤ In ≤ 502
In = 500A (66)
I2 = 1,35 · In = 1,35 · 500 = 675A
675 ≤ 1,45 · 502⇒ 675 ≤ 727,9
Disjuntor 5: In = 500A
De acordo com a tabela de dimensionamento de condutores da NBR 5410[2], para três con-
dutores pelo método A1, tem-se que:
? Condutor de saída do disjuntor 1: 240mm2
? Condutor de saída do disjuntor 2: 185mm2
? Condutor de saída do disjuntor 3: 400mm2
? Condutor de saída do disjuntor 4: 400mm2
? Condutor de saída do disjuntor 5: 400mm2
Mariana Vanderlei Brasil 31 Ricardo Luiz Soares de França
Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
10 Dimensionamento dos Barramentos
10.1 Barramento de Alta
Norma da COSERN.
10.2 Barramento de Baixa
Ib =
Strafo√
3 · Vb
=
500 k√
3 · 220
= 1312,16A (67)
Assim, conforme a tabela 18, retirada do livro do Mamede, o barramento que atenderá a
corrente de 1312,16A tem seção de 799mm2, 10mm de espessura e 80mm de largura.
Largura Espessura Seção Peso Resistência Reatância Capacidade de Corrente Permanente (A)
mm mm mm2 kg/m mΩ/m mΩ/m
Barra Pintada Barra Nua
Número de Barras por fase
1 2 3 1 2 3
80 5 399,0 3,550 0,0548 0,1792 1.070 1.680 1.830 885 1.450 1.75010 799,0 7,110 0,0273 0,1530 1.500 2.410 3.170 1.240 2.110 2.790
Tabela 18: Dimensionamento de Barramento
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
11 Dados Gerais
A subestação é do tipo abrigada de alvenaria com entrada dos cabos de alta tensão aérea a
partir do poste, o qual deve ser de concreto armado, tipo duplo T, atura mínima de 11 metros,
com esforços compatíveis com as tensões mecânicas aplicadas.
De acordo com a tabela 2 da Norma da COSERN, o ramal de entrada da Subestação deve
ser dimensionado de acordo com a potência instalada na mesma. Para o caso em que:
701 ≤ S (V A) ≤ 1200 (68)
Para o lado de alta tensão serão utilizados condutores de cobre unipolar com nível de isolação
15 kV , com bitolas de 35mm2, e diâmetro do eletroduto de 4” e devem ter comprimento de
reserva mínimo de 1 a 2 metros.
O barramento será do tipo:
? Tubo de Cobre: IPS 3/8 ou 17,2mm2;
? Barra de Cobre: 3/4” × 3/16”;
? Vergalhão de Cobre: 1/4” ou 6,3mm2.
Pintado nas cores vermelha (Fase A), branca (Fase B) e marrom (Fase C).
Todos os postos terão iluminação natural, sempre que possível, e artificial, além de iluminação
de segurança com autonomia de 2 horas.
As chaves-fusíveis, de acordo com a norma, devem ser de 100A para subestações com potência
até 2MVA. A proteção dos transformadores contará com 3 chaves com elo fusível 40K para a
potência nominal de 1000 kVA. No ponto de entrega deverão ser instaladas quatro muflas de
15 kV sendo uma de reserva e uma chave seccionadora do lado de baixa de FSW 100 kA− 8 kV .
Altura da Subestação Quando a entrada e/ou saída de média tensão for aérea, o pé direito
do prédio da subestação deverá ter uma altura mínima de 5,5 metros.
Posto de medição A caixa de medição[4] terá dimensão de 700×200×700mm. Será uma caixa
de chapa de ferro No20 USG, a caixa terá pintura interna/externa anticorrosiva tipo zacoprimer
e com esmalte sintético cinza. Ela será fixada com madeira compensada de boa qualidade com
espessura de 20mm. Para garantir livre acesso, reservaremos uma área de 1800 × 2000 para o
posto de medição.
Posto de proteção As dimensões[1] do posto de proteção podem ser dadas por:
Dp = Dd + 1000mm
Onde:
Dp : dimensão do posto (largura ou comprimento)
Dd : dimensão do disjuntor (largura ou comprimento)
Então a subestação terá um posto de proteção com: 1420× 1280mm.
Posto de transformação O cálculo da área do posto de transformação é semelhante à área
do posto de proteção. Portanto, o posto de transformação será de: 5900× 4300mm.
Porta de Acesso Principal Deve ser provida de portas metálicas, de preferência em venezi-
anas, com dimensões mínimas de 1,20m× 2,10m e abertura para fora.
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
Abertura de Ventilação Ventilação natural através de no mínimo duas aberturas localizadas
em paredes e níveis diferentes, protegidas por meio de telas metálicas resistentes, com malha
máxima de 13mm × 13mm e mínima de 5mm × 5mm, em arame galvanizado com seção
mínima de 12 BWG. Cada uma das janelas deve ter área livre mínima de 1m2 ou 0,002m2/ kVA,
adotando-se o critério de maior valor; A metade das janelas deverão ficar o mais próximo possível
do teto e a outra metade a no máximo 0,20 metros do piso, se possível em paredes opostas;
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
12 Dimensionamento da Malha de Terra
A malha de terra é uma estrutura de segurança cuja função é o escoamento das correntes de
falta para a terra. Porém, a passagem destas correntes culminam no surgimento de potenciais
na superfície do solo que podem oferecer um risco à vida humana. Desta forma, o projeto da
malhade terra tem o objetivo de se determinar os espaçamentos máximos entre os condutores
da malha de modo a garantir que esse potenciais oriundo de uma falta fase-terra máxima sejam
inferiores ao potenciais de toque e passo que uma pessoa ser submetida sem a ocorrência de
fibrilação ventricular[3]. Além disso, os condutores da malha devem ser dimensionado de maneira
a suportarem os esforços térmicos e mecânicos que poderão por ventura sofrer.
No presente trabalho, deciciu-se realizar o dimensionamento da malha de terra através dos
passos descritos no livro do mamede[1].
O local da subestação foi arbitrado e o resultado das medições da resistividade do mesmo
está presente na tabela 19. A corrente de falta fase-terra franca foi calculada na equação 9
(1,244 kA), que resulta no tempo de atuação calculado na equação 48 (0,026 s). Desta forma, a
corrente de malha resulta no resultado expresso na equação 69.
IFcabodamalha = 0,6 · Ifalta ≈ 746,4A (69)
Dist.(m) A B C D Ex Ey
2 1,1750E+03 1,6537E+03 5,5418E+02 1,0216E+03 7,2885E+02 8,4069E+02
4 1,5105E+03 2,4153E+03 6,4340E+02 1,6864E+03 9,8018E+02 1,0229E+03
8 2,0559E+03 2,8400E+03 1,3572E+03 2,2720E+03 1,7995E+03 1,6588E+03
16 1,7593E+03 2,5334E+03 1,8397E+03 2,5836E+03 2,1715E+03 1,6990E+03
Tabela 19: Resistividade Calculada a partir das Medições de Resistência
Figura 7: Planta com os pontos demarcados a serem medidos.
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
2 4 6 8 10 12 14 16
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
Distância entre as hastes (m)
R
es
is
ti
vi
da
de
(Ω
m
)
Perfil da Resistividade
A
B
C
D
Ex
Ey
Figura 8: Perfil da Resistividade do solo.
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
13 Quantitativo do Material
Mediante os cálculos e considerações realizadas no decorrer do presente trabalho e com a
aplicação de uma margem de segurança para cada item, obteve-se uma listagem do material a
ser empregado na subestação, conforme mostrado na tabela 20
Material Especificação Quant.
Mufla Terminação polimérica a frio 3un
Cavalete de Medição
Tamanho 1400 x 1310 x 450 mm; caixa
de passagem 50 x 100 em ferro esmal-
tado de alumínio fundido com tampa de
ferro.
1un
Pára-raio
Material: óxido de zinco polimérico.
Tensão nominal 12 kV rms, tensão de
operação contínua 10,2 kV rms, máxima
tensão residual para impulso de cor-
rente íngrime 43,9 kV pico, máxima ten-
são residual para corrente de impulso de
manobra 500A de 32 kV.
3un
Chave seccionadora
Chave seccionadora tripolar abertura
sem carga com base fusível e com aber-
tura de queima de fusível - uso interno.
3un
Haste de aterramento
Haste de aço, revestida de cobre de 3 m
e diâmetro 5/8". 15un
Isolador Isolador cerâmico fixado na parede. 21un
Transformadores
Tranformador de 500 kVA à óleo,
ONAN, com dreno em ferro com
100mm de diâmetro para escoamento
de óleo, conforme especificações no item
4.
2un
Kit para solda exotérmica Kit para realização de solda exotérmica 5un
Tela de proteção
Tela confeccionada com arame de bitola
12BWG com malha de 50 x 50 mm e
protegido contra ferrugem.
50un
Condutor nu (ramal de ligação) Cobre 30m2
Barramento de média tensão Barra de cobre 3/4"x 3/16" 30
Condutor de aterramento para instalação Seção 50 mm2 80
90
Tabela 20: Quantitativo do Material
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Subestação Abaixadora 13,8kV/220V-127V
14 Referências
[1] Filho, João Mamede; “Instalações Elétricas Industriais”, 6a edição;
[2] NBR5410:2004, versão comentada
[3] Norma Técnica CELG, “Critérios para Projetos e Procedimentos para Execuções de Ater-
ramentos de Redes Aéreas e Subestações de Distribuição”, NTC60
[4] Norma COSERN – Fornecimento de Energia Elétrica em Tensão Primária de Distribuição
– 13,8 kV .
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	Lista de Figuras
	Lista de Tabelas
	Problemática
	Introdução
	Cálculo da Demanda
	Cálculo das Demandas de Tomadas de Uso Geral e Iluminação
	Cálculos das Demandas das Máquinas de Refrigeração tipo SPLIT
	Cálculo da Demanda do Motor de Indução
	Cálculo da Demanda de Tomadas de Uso Específico
	Demanda Total
	Transformadores
	Cálculo da Fator de Potência
	Potência Total Ativa
	Potência Total Reativa
	Fator de Potência
	Grupo Gerador
	Cálculo das Correntes de Curto Circuito
	Correntes de Curto Circuito no Ponto de Entrega
	Correntes de Curto Circuito em Baixa Tensão – Barramento Secundário
	Medição
	Dimensionamento e Especificação do TPAT
	Dimensionamento e Especificação do TCAT
	Dimensionamento e Especificação de TCBT
	Proteção
	Proteção contra Sobretensões – Pára-Raios
	Dimensionamento do TCAT
	Proteção Contra Sobrecorrente
	Unidade de Fase Temporizada – 51
	Unidade de Neutro Temporizada – 51N
	Unidade de Fase Instantânea – 50
	Unidade de Neutro Instantânea – 50N
	Resumo das funções de proteção de Sobrecorrente – Relé URPE -7104
	Disjuntores
	Disjuntores AT
	Disjuntores BT
	Dimensionamento dos Barramentos
	Barramento de Alta
	Barramento de Baixa
	Dados Gerais
	Dimensionamento da Malha de Terra
	Quantitativo do Material
	Referências