Subestações Elétricas - Departamento de Engenharia Eletrica
Contents
1.2. T Figura 5 Subesta o de extra alta tens o 345 kV de Irap MG 8 Figura 6 Subesta o de manobra isolada a SFe i serena 8 Figura 7 Subesta o elevadora ss eeereeerererreea rena cen cen er amena erannen a 9 Figura 8 Subesta o abaixadora sseeeeeseneceneceneceneceerceenc een ea sa necacacananana 10 Figura 9 SUDeEStacao CX asno asa a aaa a Dad SS assis edad ado 11 Figura 10 Subesta o interna e eeeereeeeeeerererr rrenan arena rea ren ranana 12 Figura 11 Subesta o convencional eee eee rre arena 13 Figura 12 Subesta o blindada scree aea 14 Figura 13 Esquema b sico de um transformador de corrente 15 Figura 14 Curva da Corrente do Transformador eee 17 Figura T9 TIDO EM ado esa ie sina uia a UA Soa Dis is na aa A 18 Figura 16 TIPO Ba anesan a damas asi ininigoan aa ass gndema ns ganas 18 Rowa TIPO Janela tsc sonia a diego doa anal aa ae dE dial a 19 Figura 1S TIPO BUCHA sda ata donas os a ARE ri E T 19 Figura 19 Tipo N cleo Dividido a neranre ren rea rea 20 EIquira20 TIp Pedestal santas pa asia io des iG dos bac Es e s nado al ani gia 21 Figura 21 TIPO INVERIGO seus score quase casas ads pas quinas Eis UCs aaa glad Sage as TEE 21 Figura 22 Esquema B sico de um Transformador de Potencial 26 Figura 23 Ci
3. 89 Pad INtrOdU O sussa isa tabs dass ai O RE CO LES Lada ds assada dad d 89 72 Considera es FISICAS asda saia AS a a 90 to Sistema Protec o X Controle sagas ga ass Caia a a 91 JA EQUIPAMENTOS orea GS o ON 91 7 5 Protocolos de Comuhica oO asusissasspaanaannisss saias ISLA isa aa gesso 104 S CORE NIS O susana o ii a a 106 9 JReterenciasBIBIOPr TICaS sqereasisaanisacaa daioi a DE 107 viii LISTA DAS PRINCIPAIS SIGLAS AIS Air Insulated Substation CLP Controlador L gico Program vel ED Entrada Digital GIS Gas Insulated Substation GPS Global Positioning System IED Intelligent Electronic Device IP Internet Protocol LLC Local Control Cabinet CLP Controlador L gico Program vel RDP Registrado Digital de Perturba es SAGE Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia SCADA Supervisory Control and Data Acquisition SD Sa da Digital SE Subesta o SFs Hexafluoreto de Enxofre TC Transformador de Corrente TCP Transmission Control Protocol TP Transformador de Potencial UHV Ultra High Voltage LISTA DE FIGURAS Figura 1 Ilustra o do processo de distribui o energ tico ii ii 3 Figura 2 Subesta o de baixa tens o eee eeeereeree rrenan 6 Figura 3 Subesta o de m dia tens o 13 8 KV eee T Figura 4 Subesta o de alta tens o 138 kV de Campo Grande MS
4. 103 te a ea ja Figura 75 GPS 9 7 5 PROTOCOLOS DE COMUNICA O Os diversos tipos de equipamentos presentes em uma subesta o trabalhando de uma forma integrada requerem uma base de comunica o s lida e confi vel Essa comunica o entre os processadores e o banco de dados do sistema chamada de protocolo O protocolo um padr o que especifica o formato de dados e as regras a serem seguidas um conjunto de conven es que rege o tratamento e especialmente a formata o dos dados num sistema de comunica o Sem eles uma rede n o funciona pois especificam como um programa deve preparar os dados para serem enviados para o estado seguinte do processo da comunica o Em muitos casos comum a express o de que os protocolos s o a gram tica de uma linguagem de comunica o padronizada 7 5 1 TCP IP o protocolo mais usado ultimamente e faz a interliga o entre dois protocolos diferente o TCP Transmission Control Protocol e o IP Internet Protocol Esse protocolo visto como um modelo de camadas onde cada camada respons vel por um grupo de camadas fornecendo um conjunto de servi os bem definidos para o protocolo da camada superior As camadas mais altas est o logicamente mais perto do usu rio chamada camada de aplica o e lidam com dados mais abstratos confiando em protocolos de camadas mais baixas para tarefas de menor n vel de abstra o 104 7 5 2 MODBUS
5. A opera o independente do acionamento feito atrav s da energia acumulada na mola cuja a o de carregamento e disparo realizada numa s manobra de modo a tornar a velocidade de acionamento independente da vontade do operador e Chaves de acionamento manual em grupo Neste tipo de chave o esfor o do operador transmitido por meio de uma haste r gida articulada De acordo com o movimento destas hastes temos os mecanismos de movimento alternativo rotativo Acionamento alternativo normalmente utilizada nas chaves basculantes O acionamento rotativo utiliza mancais auxiliares e juntas especiais utilizado na maioria das chaves de montagem horizontal 4 3 4 2 CHAVES DE ACIONAMENTO AUTOM TICO Neste caso o esfor o transmitido por um meio qualquer que n o seja manual Ele pode ser e Operador El trico A for a de acionamento gerada por motores el tricos de corrente alternada ou cont nua Este motor se encontra acoplado ao mecanismo de acionamento rotativo e Operador Pneum tico A for a necess ria ao acionamento gerada por ar comprimido e Operador Hidr ulico Os operadores pneum ticos e hidr ulicos s o de constru o relativamente mais simples e econ mica que a el trica No entanto sua utiliza o s compensadora quando j existe fonte de fluido pressurizado e Operado por energia Acumulada utilizado em casos especiais quando necess ria a opera o autom tica da chave
6. um protocolo de comunica o de dados que utilizado principalmente em sistemas de automa o industrial um dos mais antigos protocolos utilizados em redes de controladores l gicos program veis para aquisi o de sinais de instrumentos Possui a vantagem de poder ser usado em diversos aparelhos na subesta o isso por ser altamente difundido al m de ser uma das solu es de menor custo 7 5 3 DNP O DNP ou protocolo de rede distribu do um protocolo aberto p blico baseado em padr es abertos existindo para trabalhar dentro de uma variedade de redes Foi desenvolvido para alcan ar interoperabilidade entre sistemas el tricos leo amp g s e ind strias de seguran a Tamb m podem ser implementados em qualquer sistema SCADA para comunica es entre computadores de subesta o CLP e IED usado para trocar dados entre o PLC e pontos de controle remoto Assim pode ser usada para a comunica o do centro de controle bem como para uma comunica o com os rel s de prote o ou outros dispositivos eletr nicos inteligentes 7 5 4 IEC 61850 Na tentativa de se criar um protocolo padr o de comunica o foi desenvolvido o IEC 61850 que atualmente a norma internacional para esses sistemas Ele padroniza a comunica o em rede entre os equipamentos e os sistemas de automa o al m de suportar todas as fun es necess rias de uma subesta o Ainda considerada uma tecnologia nova e est come and
7. ES NORMAIS DE OPERA ES Os circuitos podem estar ligados a ambas as barras tamb m em nada perdendo se estiverem ligadas a um s o que torna esse arranjo de alta confiabilidade 5 2 6 4 DEFEITO EM CIRCUITO A prote o atua em ambos os disjuntores do circuito retirando o de opera o Para a religa o devem se fechar as chaves antes dos disjuntores n o importando a ordem dos disjuntores a serem ligados os circuitos podem estar ligados a ambas as barras ao mesmo tempo 62 5 2 6 5 DEFEITO EM UMA BARRA Eis o grande diferencial desse arranjo o defeito em uma barra n o tira nenhum circuito de opera o uma vez que a outra barra continua a alimentar cada circuito Para o caso de o circuito s estar ligado a uma barra a que tiver a conting ncia a sim ele sai de opera o tendo de sofrer os processos comuns de religa o reenergiza o da barra fechamento de disjuntores e subsequente fechamento de chaves 5 2 7 BARRA DUPLA COM DISJUNTOR E MEIO Figura 48 Esquema de barra dupla com disjuntor e meio 15 Possui n circuitos 2n 1 disjuntores e 5n 2 seccionadores como na figura 48 considerando as chaves de linha tamb m A vantagem dessa configura o est no fato de que h uma maior flexibilidade de manobra e r pida recomposi o Havendo falha nos disjuntores adjacentes s barras retira se apenas um circuito de servi o O chaveamento independente por disjuntor e as manobras s o simples com rel
8. O DE SUBESTA ES PARA SERVI OS DE CONTROLE E PROTE O 7 1 INTRODU O Muitas empresas incluindo as reas de distribui o e industriais t m como objetivo modernizar os sistemas de prote o e automa o de suas instala es el tricas em vista das muitas vantagens oferecidas pelos sistemas digitalizados modernos Por esta raz o pretendem dotar suas instala es de um conjunto de fun es de automa o e controle que facilitem as tarefas de opera o e manuten o Os tradicionais sistemas usados atualmente s o o SCADA Supervisory Control and Data Acquisition que s o sistemas que utilizam software para monitorar e supervisionar as vari veis e os dispositivos de sistemas de controle conectados atrav s de drivers espec ficos A automa o das utilidades de uma subesta o el trica do sistema depende da interface entre a subesta o e seus equipamentos associados para fornecer e manter o alto n vel de confian a exigido para a opera o do sistema de energia Esse sistema possui principalmente dois servi os que s o o controle e a prote o da subesta o Eles s o fundamentais para que decis es quanto a opera o possam ser tomadas Essas ideias s o exemplificadas no fluxograma mostrado na figura 68 89 Trouble Maintenance a Dispatchers Scheduler Operations Protection Planning Es Communications Technology a an 8 nos A Controle E quipmend fd A ance Controller 11 Mete
9. acreditarem e torcerem pelo meu sucesso Telvent que me mostrou a Engenharia como profiss o concretizando a minha escolha de ser engenheiro Finalmente a todos aqueles que est o ou estiveram diretamente ou indiretamente ligados minha forma o como Engenheiro Eletricista Muzy Gustavo Luiz Castro de Oliveira Consolida o de Material Did tico para a Disciplina de Subesta es El tricas Rio de Janeiro UFRJ Escola Polit cnica Departamento de Engenharia El trica 2012 XII 120 p il 29 7 cm Orientador Ant nio Carlos Siqueira de Lima Projeto de Gradua o UFRJ Escola Polit cnica Departamento de Engenharia El trica 2012 Refer ncias Bibliogr ficas p 120 121 1 Classifica o das Subesta es 2 Tipos de Equipamentos 3 Subesta es Isoladas a Ar 4 Subesta es Isoladas a SFs 5 Automa o de Subesta es Siqueira de Lima Ant nio Carlos Il Universidade Federal do Rio de Janeiro Ill Escola Polit cnica IV Departamento de Engenharia El trica V T tulo Resumo do Projeto de Gradua o apresentado Escola Polit cnica UFRJ como parte dos requisitos para a obten o do grau de Engenheiro Eletricista Subesta es El tricas Gustavo Luiz Castro de Oliveira Muzy Fevereiro 2012 Orientador Ant nio Carlos Siqueira de Lima Curso Engenharia El trica Este trabalho consiste em um estudo detalhado das Subesta es El tricas reportando seus
10. diel trica O disjuntor opera continuamente sobtens o e corrente de carga muitas vezes em ambientes de condi es severas de temperatura umidade e poeira Mesmo sob essas severas condi es ambientais somados aos longos per odos de tempo sem ser acionado o disjuntor deve estar apto a operar quando for solicitado 4 4 2 TIPOS DE DISJUNTORES EM FUN O DA EXTIN O DO ARCO 4 4 2 1 DISJUNTORES A LEO Os disjuntores a leo est o basicamente divididos em disjuntores de grande volume de leo e de pequeno volume de leo 43 No caso dos disjuntores a grande volume com menor capacidade as fases ficam imersas em um nico recipiente contendo leo que usado tanto para a interrup o das correntes quanto para prover o isolamento Nos disjuntores de maior capacidade o encapsulamento monof sico Nos disjuntores de pequeno volume foi projetada uma c mara de extin o com fluxo for ado sobre o arco aumentando a efici ncia do processo de interrup o da corrente diminuindo drasticamente o volume de leo do disjuntor A maior vantagem dos disjuntores de grande volume de leo sobre os de pequeno volume a grande capacidade de ruptura em curto circuito Mesmo assim este tipo de disjuntor est caindo em desuso O princ pio de extin o do arco nos disjuntores a leo baseando na decomposi o das mol culas de leo pela alt ssima temperatura do arco No movimento de abertura dos contatos pouco antes de se
11. em conjunto com grande aumento de consumo s o necess rias informa es sobre os valores de corrente e tens o cada vez mais precisas Para isso temos os transformadores de instrumentos corrente e tens o que s o equipamentos que fornecem valores de corrente e tens o que se ad quam e respeitam os limites m ximos dos demais instrumentos utilizados na subesta o como os de medi o e de prote o Os transformadores de corrente possuem a fun o de suprir de corrente os medidores e os equipamentos de medi o e prote o figura 13 com valores proporcionais aos dos circuitos de potencia entretanto respeitando seus limites de isolamento Figura 13 Esquema B sico de um Transformador de Corrente 18 Possuem o enrolamento prim rio ligado em s rie a um circuito el trico e o secund rio se limita a alimentar bobinas de corrente dos instrumentos da subesta o 15 Apresentam imped ncia vista pelo lado prim rio lado ligado em s rie com o circuito de alta tens o desprez vel se comparada com o lado que est instalado mesmo que se leve em considera o a carga que se liga ao seu secund rio Como principais objetivos desse equipamento podem se citar e A alimenta o dos sistemas de prote o e medi o da subesta o com valores proporcionais por m que respeitem os limites de isolamento dos equipamentos e Compatibilizar isolamento e seguran a entre o circuito de alta tens o que est o s
12. ncia aparente da carga a outra pelas letras W X M Y Z e ZZ Tabela 4 5 Cargas nominais 14 Designa o Designa o ABNT ANSI P 12 5 W P 25 X P35 M P75 Y P200 Z P400 ZZ Tabela 4 6 Caracter sticas a 60Hz e 120V 14 Designa o Pot ncia Fator de Resist ncia Reat ncia Imped ncia ABNT Aparente Pot ncia Q Indutiva Q VA Q P 12 5 12 5 0 10 115 2 1146 2 1152 P 25 25 0 70 403 2 411 3 576 P35 3 0 0 20 82 5 402 7 411 P 75 75 0 85 163 2 101 1 192 P200 200 0 85 61 2 37 9 72 P400 400 0 85 30 6 19 0 36 28 Tabela 4 7 Caracter sticas a 60Hz e 69 3V 14 Designa o Pot ncia Fator de Resist ncia Reat ncia Imped ncia ABNT Aparente Pot ncia Q Indutiva Q VA Q P 12 5 125 0 10 38 4 382 0 384 P 25 25 0 70 134 4 137 1 192 P35 So 0 20 27 4 134 4 137 P75 75 0 85 54 4 33 64 P200 200 0 85 20 4 12 6 24 P400 400 0 85 10 2 6 3 12 4 2 2 5 POT NCIA T CNICA NOMINAL Maior pot ncia aparente que um transformador de potencial pode fornecer em regime permanente sobtens o e frequ ncia nominais sem exceder os limites de temperatura permitidos pela sua classe de isolamento 4 2 2 6 N VEL DE ISOLAMENTO Define a especifica o do transformador quanto sua isola o em termos de tens o suport vel O n vel de isolamento definido pela m xima tens o do circuito ao qual o transformador de potencial vai ser conectado e padronizado 4 2 3 GRUPOS DE LIGA O De acordo com a ABNT os
13. nua alta velocidade Funciona quando a temperatura do enrolamento do lado de baixa tens o ou do lado de alta tens o do transformador de for a excede um valor predeterminado Dispositivo que funciona instantemente quando a corrente que fornecida diretamente ou atrav s de um transformador de corrente ultrapassa um determinado valor Essa prote o est associada ao neutro do transformador de pot ncia possibilitando prote o contra faltas de terra na zona situada entre as buchas secund rias do transformador e o TC de prote o do disjuntor de 15 kV servindo tamb m de prote o de retaguarda do rel 50 51 N do disjuntor de 15 kV 95 55 56 of 58 59 60 61 62 63 63 A 64 65 66 67 68 69 T O 11 2 Rel de fator de pot ncia Rel de aplica o de campo Dispositivo de aterramento ou curto circuito Rel de falha de retifica o Rel de sobretens o Rel de balan o de tens o queima de fus veis Rel de balan o de corrente Rel temporizador Rel de press o de g s Buchholz Rel de al vio de Press o Rel de prote o de terra Regulador Rel de supervis o do n mero de partidas Rel direcional de sobrecorrente Rel de bloqueio por oscila o de pot ncia Dispositivo de controle permissivo Reostato eletricamente operado Dispositivo de detec o de n vel Disjuntor de corrente continua Dispositivo que funciona com dado valor d
14. Quando h falta de energia utiliza capacitores para fornecer a energia necess ria para o disparo que s o comandadas pelos rel s 41 Tabela 4 8 Dimensionamento dos elos fus veis prim rios para SE s de 13 8 Kv 14 Demanda kVA Elo Fus vel Chave A At 15 4H 50 At 30 2 H 50 At 45 3 H 50 At 75 5 H 100 At 6 K 100 112 5 At 150 8 K 100 At 225 12 K 100 At 300 15 K 100 At 500 25 K 100 At 750 40 K 100 At 1000 50 K 100 At 1500 80 K 100 At 2000 100 200 K At 2500 140 200 K 4 4 DISJUNTORES Os disjuntores s o os principais equipamentos de seguran a da subesta o al m de serem os mais eficientes dispositivos de manobra em uso nas redes el tricas S o capazes de conduzir interromper e estabelecer correntes normais e anormais especificadas dos sistemas S o usados para controlar circuitos ligando e desligando em qualquer condi o conduzindo corrente de carga e proporcionando uma supervis o autom tica das condi es do sistema e sua opera o Devem ser sempre instalados acompanhados dos respectivos rel s que s o os elementos respons veis pela detec o das correntes el tricas do circuito e que tomam a decis o de acionamento ou n o do disjuntor O disjuntor sem o acompanhamento dos seus rel s torna se apenas uma chave de manobra sem qualquer caracter stica de prote o 42 4 4 1 PRINCIPAIS FUN ES DOS DISJUNTORES Segundo as notas de aula Disjuntores de Jorge
15. Seu movimento de opera o suave pois a l mina perfeitamente equilibrada Podem ter montagem horizontal vertical ou invertida sendo aplicadas para isolar equipamentos e circuitos para desvio by pass ou como chave seletora Figura 25 Chave de Dupla Abertura Lateral 14 Tamb m possui uma resist ncia de curto circuito elevada pois a l mina fica solidamente apoiada nesses tr s pontos 4 3 3 3 BASCULANTE ANSI 26 TIPO C A chave composta por tr s colunas de isoladores ligadas a uma base nica sendo as duas colunas extremas fixas suportando os terminais e o interior m vel figura 26 Esta ltima apresenta movimento de rota o em torno do ponto de fixa o base e carrega o contato m vel em seu topo Essa chave apresenta grande esfor o para opera o devido ao peso do isolador ao deslocar Tamb m podem ter montagem horizontal vertical ou invertida sendo aplicadas para isolar equipamentos e circuitos para desvio by pass ou como chave seletora 35 Figura 26 Chave Tipo Basculante 14 Ao contrario das anteriores essa chave apresenta uma pequena resist ncia a curtos circuitos 4 3 3 4 ABERTURA LATERAL ANSI 26 TIPO D ABNT 16 TIPO AL A chave composta por duas colunas de isoladores ligadas a uma nica base sendo o contato fixo suportado por uma coluna fixa e o contato m vel por uma coluna rotativa como ilustrado na figura 27 Normalmente usada em te
16. a subesta o de transmiss o ou usina el trica Utiliza grandes transformadores para elevar a tens o do gerador at tens es extremamente altas para transmiss o de longa dist ncia atrav s de rede de transmiss o 3 3 2 SUBTRANSMISS O H deriva es an is diversas linhas e circuitos Est o ligadas as linhas de subtransmiss o destinada a transporte de energia el trica das subesta es de transmiss o para as subesta es de ramifica es 10 3 3 3 DISTRIBUI O A pot ncia levada diretamente ao consumidor cargas Recebe energia das linhas de subtransmiss o e as transporta para as rede de distribui o geralmente com abaixamento de tens o 3 4 QUANTO AO TIPO DE INSTALA O Podem ser classificadas em externas c u aberto ou internas 3 4 1 EXTERNAS OU A CEU ABERTO S o constru das em locais amplos ao ar livre Requerem emprego de aparelhos e m quinas pr prios para funcionamento em condi es atmosf ricas adversas chuva vento polui o etc que desgastam os materiais componentes exigindo portanto manuten o mais frequente e reduzindo a efic cia dos isolamentos A figura abaixo mostra uma foto de uma subesta o externa onde se podem observar os equipamentos sem nenhum tipo de cobertura Figura 9 Subesta o Externa 8 3 4 2 INTERNAS S o constru das em locais abrigados Os equipamentos s o instalados no interior de constru es n o estando sujeitos s intemp
17. ambiente Por isso as classifica es dos equipamentos pelas normas da ABNT e ANSI atuais geralmente diminuem em altitudes mais elevadas devido diminui o da densidade do ar que o meio de resfriamento usado para a dissipa o do calor gerado pelas perdas de carga associadas aos n veis de corrente de carga Os projetos das subesta es a ar atmosf rico devem incluir considera es para a opera o de uma forma segura e uma manuten o planejada 5 2 ESQUEMAS EL TRICOS AN LISES E COMPARA ES Nesse t pico ser analisado cada tipo de arranjo das subesta es levando em considera o as principais caracter sticas de cada um como seu funcionamento opera o e as formas de manuten o no disjuntor e na barra 5 2 1 1 BARRA SIMPLES E E E l o l I Y Y Figura 33 Barra Simples 15 49 Como ilustrado na figura 33 possui n circuitos com n disjuntores e 2n secionadores Tem como vantagens menor rea necess ria instala es extremamente simples Manobras simples normalmente ligar e desligar circuitos alimentadores e custo reduzido Por m uma falha no barramento ou num disjuntor resulta no desligamento da subesta o A amplia o do barramento n o pode ser realizada sem a completa desenergiza o da subesta o Pode ser usado apenas quando cargas possam ser interrompidas ou quando h outras fontes de alimenta o durante uma interrup o A manuten o de disjuntor de a
18. de avan os tecnol gicos que permitam compatibilizar em termos econ micos o aumento das tens es e correntes nominal das c maras a v cuo e a redu o de seus volumes e pesos 4 5 P RA RAIOS O P ra raios um equipamento de prote o que tem por finalidade limitar os valores dos surtos de tens o transiente que de outra forma poderiam causar s rios danos aos equipamentos el tricos Para um dado valor de sobretens o o p ra raios que antes funcionava como isolador passa a ser condutor e descarrega parte da corrente reduzindo a crista da onda a um valor que depende das caracter sticas desse equipamento 46 A tens o m xima frequ ncia nominal do sistema a que o p ra raios poder ser submetida sem que se processe a descarga da corrente el trica atrav s do mesmo denominada de tens o disruptiva frequ ncia nominal 4 5 1 CARACTER STICAS CONSTRUTIVAS DOS P RA RAIOS 4 5 1 1 P RA RAIOS COM GAP E RESISTOR N O LINEAR Estes p ra raios constituem se basicamente de um gap em s rie com um resistor n o linear colocados no interior de um inv lucro de porcelana O gap o elemento que separa eletricamente a rede dos resistores n o lineares Constitui se de um conjunto de subgaps cuja finalidade a de fracionar o arco em um n mero de peda os a fim de poder exercer um melhor controle sobre ele no momento de sua forma o durante o processo e na sua extin o Nos P ra raios convencionais o r
19. e tamb m classificada como uma das mais caras A chave composta por tr s colunas de isoladores fixados sobre uma nica base figura 24 O movimento de abertura ou fechamento do contato m vel feito em um plano que cont m o eixo longitudinal da base e perpendicular ao plano de montagem da mesma Devido a essa forma construtiva a dist ncia entre fases pode ser reduzida ao m nimo permitido Podendo ser utilizada em correntes muito altas 4000 A As chaves de abertura vertical podem ter montagem horizontal vertical ou invertida sendo aplicadas para isolar equipamentos e circuitos para desvio by pass ou como chave seletora h qm Mg o Figura 24 Abertura Vertical 14 Atende a todos os n veis de tens o e correntes em uso atualmente Tamb m apresenta boa resist ncia a curto circuito pois por a l mina ficar apoiada nos dois extremos n o h riscos de abrir sobre a a o de arcos 34 4 3 3 2 DUPLA ABERTURA LATERAL ANSI 26 TIPO B ABNT 16 TIPO DA composta por tr s colunas de isoladores fixadas sobe uma base nica sendo a coluna central equidistante das duas colunas externas figura 25 Com essa dist ncia disruptiva geralmente equivalente dist ncia entre as fases ocupando assim pouco espa o horizontal O movimento de abertura ou fechamento do contato m vel feito em um plano paralelo ao plano de montagem da base atrav s da rota o da coluna central
20. em Baixa tens o M dia tens o Alta tens o ou Extra alta tens o 3 1 1 BAIXA TENS O Classifica o utilizada para subesta es de n veis de tens o de at 1 kV Figura 2 Figura 2 Subesta o de Baixa Tens o 3 3 1 2 M DIA TENS O Classifica o utilizada para subesta es com n veis de tens o entre 1kV e 34 5 kV tens es t picas 6 6 kV 13 8 kV 23 kV e 34 5 kV Como exemplificado na figura 3 onde se tem uma subesta o de 13 8 kV a Figura 3 Subesta o de M dia Tens o 13 8 kV 3 3 1 3 ALTA TENS O Utilizado para n veis entre 34 5 kV e 230 kV tens es t picas 69 kV 138 kV 230 kV Como exemplificado na figura 4 onde se tem uma subesta o de 138 kV Figura 4 Subesta o de Alta Tens o 4 3 1 4 EXTRA ALTA TENS O Utilizada para n veis maiores que 230 kV tens es t picas 345 kV 440 kV 500 kV 750 kV Na figura 5 poss vel ver a foto da subesta o de lrap 345 kV em Minas Gerais Figura 5 Subesta o de Extra Alta Tens o 345 kV de Irap MG 4 3 2 QUANTO RELA O ENTRE OS N VEIS DE TENS O DE ENTRADA E SA DA Podem ser classificadas em de manobra elevadora ou abaixadora 3 2 1 SUBESTA O DE MANOBRA aquela que interliga circuitos de suprimento sob o mesmo n vel de tens o possibilitando sua multiplica o tamb m adotada para possibilitar o secionamento de circuitos permitindo sua energiza o em trechos sucess
21. esse transformador possuem os isolamentos individualizados e diferenciados 4 1 2 8 TIPO V RIOS N CLEOS Possu v rios enrolamentos secund rios isolados separadamente e montados cada um em seu pr prio n cleo formando um conjunto com um enrolamento prim rio cujas espiras enla am todos os secund rios 4 1 3 PRINCIPAIS CARACTER STICAS DOS TRANSFORMADORES DE CORRENTE 4 1 3 1 CORRENTE SECUND RIA NOMINAL As correntes prim rias nominais e as rela es nominais s o padronizadas por normas sendo comum a corrente de secund rio ter um valor de 5 A 4 1 3 2 CORRENTE PRIM RIA NOMINAL Representa o valor nominal que o transformador pode suportar em regime normal de opera o Sua especifica o deve considerar a corrente m xima do circuito em que o transformador est presente e os valores de curto circuito do sistema 4 1 3 3 CLASSE DE EXATID O Caracteriza o maior valor de erro que o transformador de corrente pode apresentar ao fornecer a corrente proporcional do sistema de alta tens o aos equipamentos el tricos da subesta o Esse valor expresso em percentual Tabela 4 1 Classe de exatid o dos transformadores de corrente 13 TC para Medi o TC para Prote o ABNT 0 3 0 6 1 2 3 0 5 10 ANSI 0 3 0 6 1 2 10 Para os transformadores de corrente com a finalidade de medi o o valor da classe de exatid o deve ser de 0 3 22 Tabela 4 2 Valores aceit veis e recomend veis de classe de exati
22. figura 54 que mostra suas constru es t picas Os m dulos s o unidos atrav s de flanges que um elemento que une duas componentes do sistema e aparafusados na veda o para o fluoduto e com um plug ins de contato para os condutores Partes internas dos GIS s o suportadas por isoladores de ep xi poliep xide pol mero que constitui o isolador Esses isoladores de ep xi proporcionam um suporte formando uma barreira para o g s entre as partes do GIS Tamb m s o usados para permitirem que o g s passe de um lado para o outro dentro do m dulo da GIS 72 THREE PHASE MAIN BUS OPTION SD p po ma Pia cd att Figura 54 Composi o de Uma Subesta o a G s de 242kV 1 Para sistemas de at 170kV de tens o normalmente todas as tr s fases est o no mesmo fluoduto Para tens es acima desse n vel o tamanho desse recinto para as tr s fases torna se demasiado grande para ser pr tico Assim um fluoduto de fase nica como mostrado na figura 54 usado Nesse caso n o h diferen as de desempenho estabelecidas entre os fluodutos para os trif sicos e os monof sicos Alguns fabricantes chegam a usar o tipo de caixa de fase nica para todos os n veis de tens o Esses fluodutos e inv lucros s o hoje em sua maioria fundidos ou soldados de alum nio por m em alguns casos o a o tamb m usado A principal desvantagem dos fundidos a a o a degrada o atrav s da oxida o por iss
23. no caso da medi o de corrente j que a corrente varia conjuntamente com a oscila o da carga e a varia o da tens o com a carga bem menor O transformador de potencial um transformador para instrumentos cujo enrolamento prim rio ligado em deriva o a um circuito el trico e cujo o enrolamento secund rio se destina a alimentar bobinas de potencial de instrumentos el tricos de medi o e prote o ou controle A figura 22 mostra o esquema b sico de funcionamento de um transformador de potencial 25 Figura 22 Esquema B sico de um Transformador de Potencial 14 O transformador constru do com N1 gt N2 4 2 1 TIPO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Segundo as notas de aula Transformadores de Potencial de Nem sio Jorge de Sousa a divis o dos transformadores de pot ncia em capacitivo resistivo e mistos normalmente n o utilizada em sistemas de pot ncia sendo aplicada apenas a circuitos de ensaio e pesquisa em laborat rios Transformadores Indutivos TPI e Transformadores Capacitivos TPC e Divisores Capacitivos e Divisores Resistivos e Divisores Mistos Capacitivos e Resistivos A divis o dos transformadores de pot ncia em capacitivo resistivo e mistos normalmente n o utilizada em sistemas de pot ncia sendo aplicada apenas a circuitos de ensaio e pesquisa em laborat rios Tens es entre 600 V e 69 kV Os transformadores indutivos s o predomin
24. o Confiabilidade Moderada Alta Confiabilidade falhas simples isolam apenas um circuito Alta Confiabilidade falhas simples isolam apenas um circuito Alta confiabilidade falhas simples isolam apenas um circuito Custo moderado n mero de componentes um pouco maior Custo elevado n mero de componentes duplicado Custo Moderado n mero de componentes um pouco maior Custo moderado n mero de componentes um pouco maior rea moderada numero de componentes um pouco maior Grande rea dobro do n mero de componentes Grande rea maior numero de componentes por circuitos rea moderada aumenta com o numero de circuitos Atrav s da tabela 6 1 percebe se que assim como em qualquer projeto de engenharia quanto mais confiabilidade se quer ao sistema maior ser o seu custo Como os recursos n o s o ilimitados se faz necess ria uma an lise para investigar quais as necessidades e requerimentos do projeto da subesta o e assim usar o esquema que mais se adeque com menor custo poss vel 69 6 SUBESTA ES ISOLADAS A G S SFe 6 1 INTRODU O As GIS gas insulated substation utilizam como subst ncia isolante o g s hexafluoreto de enxofre SFs Nesse caso os disjuntores as chaves interruptoras os transformadores de corrente e os transformadores de tens o ficam submersos no SFs dentro de um env lucro met lico aterrado Comparando as subesta es a GIS e as AlS Atmospheri
25. o desernegizados por m n o se perde totalmente a subesta o A liga o dos circuitos desernegizados para a outra barra n o poss vel diretamente pois as barras n o est o mais sob mesmo m dulo de tens o fase e frequ ncia 5 2 5 BARRA DUPLA COM BYy PASS Esse tipo de esquema usado em subesta es de Furnas para tens o at 345 kV Como exemple podemos citar a subesta o da Usina Hidrel trica Corumb Divide se em dois tipos cinco e quatro chaves 5 2 5 1 CINCO CHAVES Ed Ed P E Figura 42 Esquema de Barra com 5 Chaves 15 Possui n circuitos 9n 2 seccionadores e n 1 disjuntores como ilustrado na figura 42 5 2 5 2 QUATRO CHAVES 58 Figura 43 Esquema de Barra com 4 Chaves 15 Possui n circuitos 5n 1 seccionadores e n 1 disjuntores como ilustrado na figura 43 Tem como grande vantagem a manuten o de barra e de disjuntores Como desvantagem o custo mais elevado que os esquemas anteriores e o grande n mero de opera es devido aos quatro disjuntores 15 25 12 Ee i 13 I7 ei e 27 B 31 32 27 4l 43 47 se se 33 43 Figura 44 Barra Dupla com By Pass 4 Chaves 15 59 E oi IL Hy ah 39 45 63 4 s 42 E Figura 45 Barra Dupla com By Pass 5 Chaves 15 5 2 5 3 MANUTEN O NOS DISJUNTORES Poss vel sem o desligamento do circuito onde o disjuntor se localiza deve se primeiro isolar o circuito com o disjuntor a receber
26. o entre os contatos eliminando o arco e impedindo que o arco reacenda devido s sobtens es que venham a surgir Essas propriedades t rmicas e el tricas do SFs permitem a interrup o de correntes com tens es de restabelecimento com elevadas taxas de crescimento sem a necessidade de resistores de inser o 4 4 2 4 DISJUNTORES A V CUO S o disjuntores utilizados em tens es de 2 a 145 kV Nestes disjuntores utilizam se c maras de extin o a v cuo pelo fato do v cuo oferecer alta rigidez diel trica cerca de 200 kV cm No entanto essa rigidez cresce muito pouco com a dist ncia e isso limita a tens o que pode ser aplicada entre os contatos Nos disjuntores a v cuo o arco que se forma entre os contatos diferente dos arcos em outros disjuntores sendo basicamente mantido por ons de material met lico vaporizado proveniente dos contatos catodo A intensidade da forma o desses vapores met licos diretamente proporcional intensidade da corrente e consequentemente o plasma diminui quando esta decresce e se aproxima do zero Atingindo o zero de corrente o espa o entre os contatos rapidamente desionizado pela condensa o dos vapores met licos sobre os eletrodos A aus ncia de ons ap s a interrup o d aos disjuntores a v cuo as caracter sticas quase ideais de suportabilidade diel trica Apesar das suas vantagens o desenvolvimento dos disjuntores a v cuo para altas tens es permanece na depend ncia
27. o tecnol gica ou at mesmo a maior parte das mais b sicas que s o usadas no dia a dia de cada um seria imposs vel sem o seu uso ndices importantes como mortalidade infantil aumento populacional e expectativa de vida aumentaram consideravelmente com seu in cio Com isso essa import ncia e depend ncia da vida moderna com a energia el trica fazem com que essa tenha um papel de destaque na sociedade atual Para atender ao natural desenvolvimento da sociedade necess rio que as t cnicas de uso dessa energia caminhem proporcionalmente com isso indispens vel uma constante busca do aumento da efici ncia atrav s de melhorias das condi es de atendimento ao consumidor Devido a essas raz es torna se ent o fundamental um confi vel sistema de opera o das subesta es Linhas de transmiss o Subesta o de de alta voltagem transmiss o Usina de energia Figura 1 Ilustra o do Processo de Distribui o Energ tico 2 Subesta o um conjunto de equipamentos industriais interligados entre si com os objetivos de controlar o fluxo de potencia modificar tens es e alterar a natureza da corrente el trica assim como garantir a prote o do sistema el trico Funciona como ponto de controle e transfer ncia em um sistema de transmiss o el trica direcionando e controlando o fluxo energ tico transformando os n veis de tens o e funcionando como pontos de entrega para consumidores industriais Durante
28. para futura aplica o Rel de sub sobrefrequ ncia Rel de religamento CC Rel de sele o transfer ncia autom tica Mecanismo de opera o Rel receptor de sinal de telecomunica o Rel auxiliar de bloqueio Rel de prote o diferencial Motor auxiliar ou motor gerador Chave secionadora Dispositivo de regula o Rel direcional de tens o Rel direcional de tens o e pot ncia Rel que controla o refechamento autom tico e o bloqueio de um disjuntor Dispositivo de prote o que tem por finalidade promover o bloqueio de fechamento dos disjuntores ap s a atua o de uma prote o do transformador de for a bem como multiplicar contatos possibilitando portanto o disparo simult neo de uma prote o sobre v rios dispositivos de disjun o A prote o diferencial normalmente utilizada em transformadores de for a e seu funcionamento consiste em fazer compara o ou seja a diferen a da o nome da prote o entre a corrente de entrada e a corrente de sa da no transformador Preservadas as rela es de transforma es envolvidas essa diferen a te rica igual a zero o que significa dizer que toda corrente que entra pelo lado prim rio do transformador de for a sai pelo lado secund rio do referido transformador Essa condi o violada quando existe um defeito interno no transformador momento quando a referida prote o atua 97 93 Contator de varia o de campo i
29. pouco mais sofisticado que o de barra simples permitindo manuten o dos disjuntores com continuidade um por vez podendo ser usado na subtransmiss o com classes de tens o 69 kV at 138 kV Quando h manuten o retirada de algum disjuntor do circuito de 1 na fecha se o secionador by pass para que atue o disjuntor de transfer ncia Sendo assim para cada circuito uma chave vai direcionar a prote o Contudo dois disjuntores n o podem fazer manuten o ao mesmo tempo pois a prote o desligaria os dois Logo s o claras as vantagens desse esquema qualquer disjuntor pode ser retirado para manuten o equipamentos podem ser adicionados e ou retirados barra principal sem maiores dificuldades Al m disso o custo final e inicial ainda baixo Apesar disso h a necessidade de um disjuntor a mais e colocar um disjuntor em manuten o requer manobras um pouco mais complicadas Havendo uma falha no barramento ou disjuntor ainda resulta no desligamento da subesta o 54 Figura 39 Disjuntores no Esquema de Barra Principal e Transfer ncia 15 9 2 3 1 MANUTEN O NOS DISJUNTORES Energiza se a barra de transfer ncia e fecha se o disjuntor de transfer ncia figura 39 52 al m de suas chaves adjacentes 51 e 53 em seguida alterar a chave de transfer ncia de prote o para a posi o intermedi ria protegendo tanto o disjuntor a ser aberto quanto o de transfer ncia fechar a chave de by p
30. separarem a densidade de corrente aumenta pela diminui o da rea de contato entre eles Dessa forma a temperatura na regi o aumenta provocando o aquecimento do leo e a ioniza o do meio A vaporiza o pode come ar a ocorrer j neste est gio no entanto normalmente se d in cio somente ap s a separa o dos contatos principais Como o meio em que os contatos est o mergulhados j se encontra ionizado assim que eles se separam estabelece se o arco el trico elevando ainda mais a temperatura no meio e provocando de forma definitiva a vaporiza o do leo O princ pio de extin o do arco em aparelhos deste tipo ent o utilizar os gases provenientes da decomposi o do leo para resfri lo uma vez que a maioria deles possui um acentuado efeito refrigerante e para aumentar a press o em torno do arco elevando o gradiente de tens o necess rio para manuten o 4 4 2 2 DISJUNTORES A AR COMPRIMIDO Os disjuntores a ar comprimido s o aqueles que utilizam ar comprimido como meio de extin o de arco el trico e na maioria das vezes para isolamento e acionamento dos contatos m veis Esses disjuntores utilizam um princ pio de extin o bastante simples A partir de uma fonte de ar pressurizada o m todo baseia se simplesmente em criar um fluxo de ar sobre o arco suficiente para resfriar a regi o entre os contatos ao mesmo tempo em que expulsa o g s ionizado que ali se encontra Esse sopro realizado atrav
31. transformar isso em um tema para trabalho de conclus o de curso e pelo meu interesse sobre o assunto ministrado na disciplina 1 5 RELEV NCIA DO ESTUDO A ideia b sica por tr s da disciplina de Subesta es El tricas dar embasamento para que os alunos possam conhecer a fundo os detalhes das subesta es e as poss veis varia es que possam ser projetadas de acordo com as condi es apresentadas Os futuros engenheiros devem estar preparados para o dinamismo do mercado de trabalho e terem a ci ncia de que n o devem somente conhecer o funcionamento das subesta es mas tamb m entender sua complexidade de concep o e suas respectivas atua es 1 6 LIMITA ES DE ESTUDOS O tema abordado de grande complexidade at mesmo para os profissionais mais experientes da rea A quantidade de material dispon vel n o t o vasta e muito menos explicativa Boa parte do material est em notas de aulas do professor Ivan Hersterg M Sc e no livro MCDONALD JOHN D Electric Power Substations Engineering Este trabalho limita se a apresentar as diversas subesta es suas caracter sticas construtivas operacionais e t cnicas e modelos de seus equipamentos 2 INTRODU O A SUBESTA ES 2 1 INTRODU O A vida moderna seria invi vel sem o uso da energia el trica Como combust vel b sico do desenvolvimento ela diretamente proporcional ao aumento populacional e econ mico do planeta Qualquer grande inven
32. 6 TIPO F Esta composta por duas colunas de isoladores ligadas a uma nica base sendo uma delas fixa e outro m vel como ilustrado na figura 29 Sendo usada somente em redes de distribui o seu movimento da coluna m vel de rota o ao redor do ponto de fixa o base Figura 29 Chave tipo abertura simplificada 14 4 3 3 7 ATERRAMENTO ANSI 26 TIPO G ABNT 16 TIPO LT A chave de aterramento composta por uma coluna de isoladores fixa Possui contatos fixos e sua l mina fecha paralela aos isoladores Pode ter montagem horizontal vertical ou invertida 4 3 3 8 OPERA O COM VARA DE MANOBRA ANSI 26 TIPO H A chave composta por duas colunas de isoladores fixos A abertura ou fechamento da l mina d se atrav s de engate da vara de manobra a um gancho ou olhal apropriado figura 30 Sua montagem pode ser vertical ou invertida 38 Figura 30 Com Vara de Manobra 14 4 3 3 9 FECHAMENTO OU ALCANCE VERTICAL ANSI 26 TIPO J ABNT 16 TIPO VR Tamb m chamado de chave vertical reserva este tipo de chave composto por duas ou tr s colunas de isoladores O movimento de abertura ou fechamento da l mina feito em um plano perpendicular ao plano de montagem da base na qual est o fixadas as duas colunas de isoladores uma rotativa e a outra fixa como ilustrado na figura 31 Normalmente o suporte do contato superior apoiado no isolador suporte Permite separar a subesta o em
33. 94 Rel de desligamento i 95 a 99 Usado para aplica es espec ficas i 7 4 2 CONTROLADORES L GICOS PROGRAM VEIS CLP S o os equipamentos respons veis pelo sistema de controle da subesta o S o equipamentos eletr nicos compostos por microprocessadores que desempenham diversas fun es diferentes A principal fun o do PLC coletar os estados e as medidas da subesta o para transfer las a um sistema de supervis o controle e aquisi o de dados no caso o SCADA O controlador PLC pode trabalhar com vari veis anal gicas ou digitais Para isso possui entradas distintas para cada um desses tipos Os anal gicos seriam destinados principalmente aos poss veis valores de tens o e corrente do sistema enquanto que as digitais s o compostas por um conjunto finito de possibilidades em alguns casos zero ou um Quanto s sa das s existem as digitais As entradas anal gicas s o formadas por m dulos conversores Anal gico Digital que convertem um sinal de entrada em um valor digital normalmente de 12 bits 4096 combina es As sa das anal gicas s o m dulos conversores Digital Anal gico ou seja um valor bin rio transformado em um sinal anal gico A figura 71 ilustra o esquema de funcionamento de um controlador l gico program vel 98 Mes rat ai ta d T ti Figura 71 Esquema de Funcionamento de um PLC 9 Esses equipamentos podem se comunicar atrav s de canais seriais por isso podem s
34. ATING _ MOUNTING RING Figura 59 Chaves Interruptoras 1 6 4 5 CHAVES DE TERRA As chaves de terra s o interruptores com um contato m vel que se abre ou fecha formando uma lacuna entre o condutor de alta tens o e o fluoduto Os contatos deslizantes com as devidas prote es em rela o aos campos el tricos s o fornecidos no fluoduto e no condutor figura 60 A a o r pida da chave de terra tem uma unidade de alta velocidade geralmente uma mola e materiais de contato que suportam os arcos para que possam ser fechadas duas vezes em um condutor energizado sem danos significativos a si mesmo ou de partes adjacentes As chaves de terra de a o r pida s o frequentemente usadas no ponto de conex o da subesta o para o resto da rede de energia el trica n o s porque a linha conectada energizada mas tamb m porque a chave de terra de a o r pida mais capaz de lidar com descarga de cargas presas e quebra de correntes capacitiva ou indutiva acoplada na linha conectada CONNECTING POINT FOR TESTING AND GROUND SHUNT TO ENCLOSURE INSULATING TT MOUNTING RING 78 Figura 60 Chaves de Terra 1 As chaves de terra s o quase sempre fornecidas com um suporte isolante ou uma bucha isolante para a liga o terra Em opera o normal o elemento isolante contornado com um shunt aparafusado ao fluoduto da GIS Durante a instala o ou manuten o com a chave de terra fechada o desvio pod
35. Disjuntores no Esquema de Barra Dupla com Disjuntor Simples 57 Figura 42 Esquema de Barra com 5 Chaves ee eeereeeeeeereenreenao 58 Figura 43 Esquema de Barra com 4 Chaves e eeeeeeaeeeereenrenano 59 Figura 44 Barra Dupla com By Pass 4 Chaves een 59 Figura 45 Barra Dupla com By Pass 5 Chaves erre 60 Figura 46 Barra Dupla com Disjuntor Duplo errar 61 Figura 47 Esquema de Disjuntores na Barra com Disjuntores Duplos 62 Figura 48 Esquema de Barra Dupla com Disjuntor e Meio 63 Figura 49 Disjuntores no Esquema de Barra com Disjuntor e Meio 64 Figura 50 Esquema de Anel Simples errar eee 65 Figura 51 Disjuntores no Esquema de Anel Simples ciii iii 66 Figura 52 Esquema de an is m ltiplos serrana 67 Figura 53 Composi o Qu mica do G s SFa eterna 11 Figura 54 Composi o de Uma Subesta o a G s de 242kV 13 Figura 55 Fluoduto de uma Subesta o a G s SFa eeeeeeaees 75 Figura 56 Transformador de Corrente errar reeenreeanrean o 76 Figura 57 Transformador de Potencial eee 76 Figura 58 Transformador de Poltencial assassinas Dolsa passa ia op bad d nc dias Eai cad Legends TT Figura 59 Chaves Interruptoras us sgaassabas u
36. E e t HH Bo ao ds A lt A AAA A p P t DIS SAD DT Figura 66 Esquemas de Arranjos El tricos 1 y gt sA A maioria dos projetos das subesta es a g s foi desenvolvida inicialmente para sistemas com uma barra e arranjos com disjuntor simples Esta abordagem fornece uma boa confiabilidade opera o simples rel de prote o f cil e excelente economia Atrav s da integra o de v rias fun es em cada m dulo da subesta o o custo da barra de arranjo com disjuntor nico pode ser significativamente reduzido Um exemplo mostrado na figura 67 85 Single line diagram Key CB Circuit Breaker D Os Disconnector y a ES Earhing Switch GS Grounding Switch FES Fault making Eanhung Switch HGS High speed Grounding Switch CE Live pans CT Curent Transtormer CS insulators VT Voltage Transtormer Cl SFe gas CSE Cable Sealing End CHED Enciosures BUS Busbar k dt A elle PA DS ES GS Line ES GS FES HGS Operating mechanism E for DS Z ESIGS q Lo al monitoring cabinet Spri housing tor CB Figura 67 Esquemas de Arranjos El tricos 1 As chaves interruptoras e de terra s o combinadas em um interruptor de tr s posi es e fazem parte de cada m dulo da barra que liga as posi es dos disjuntores do circuito 6 11 ATERRAMENTO Os fluodutos de metal nos m dulos da subesta o a g s s o feit
37. I de Prote o 9 Nr Denomina o Descri o 1 Elemento Principal 2 Fun o de partida fechamento temporizado Fun o de verifica o ou interbloqueio Contator principal Dispositivo de interrup o Disjuntor de partida Disjuntor de anodo Oo N OO A OQ Dispositivo de desconex o da energia de controle 9 Dispositivo de revers o 93 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20 26 27 28 29 30 31 32 33 Chave de sequ ncia das unidades Reservada para futura aplica o Dispositivo de sobrevelocidade Dispositivo de rota o s ncrona Dispositivo de subvelocidade Dispositivo de ajuste ou compara o de velocidade ou frequ ncia Reservado para futura aplica o Chave de deriva o ou descarga Dispositivo de acelera o ou desacelera o Contator de transi o partida marcha V lvula operada eletricamente Rel de dist ncia Disjuntor equalizador Dispositivo de controle de temperatura Rel de sobre excita o ou Volts por Hertz Rel de verifica o de Sincronismo ou Sincroniza o Dispositivo t rmico do equipamento Rel de subtens o Reservado para futura aplica o Contator de isolamento Rel anunciador Dispositivo de excita o Rel direcional de pot ncia Chave de posicionamento Funciona quando a imped ncia ou a reat ncia da linha desde o rel at o ponto de defeito menor que o valor de ajuste Verifica a amplitude de t
38. Nem sio de Sousa e Interromper r pido e sucessivamente a corrente de curto circuito lcc e Capacidade de interromper estabelecer e conduzir correntes nominais de carga dos circuitos por longo tempo correntes de magnetiza o de transformadores e reatores e as correntes capacitivas de banco de capacitores e linhas em vazio e Suportar a tens o do circuito em que est instalada como os contatos abertos e Ser capaz de fechar um circuito em curto imediatamente ap s abrir ou reabrir para eliminar este curto circuito tripfree e Suportar os efeitos do arco el trico bem como os efeitos eletromagn ticos e mec nicos do primeiro meio ciclo da Icc e os efeitos t rmicos da corrente estabelecida corrente suport vel nominal de curta dura o e Abrir em tempos t o curtos quanto 2 ciclos mesmo tendo permanecido na posi o fechado por v rios meses e Posi o fechada o equipamento dever estar apto a interromper a corrente especificada em qualquer instante e sem causar sobretens es elevadas Com o DJ fechado Z 0 Imped ncia zero desprez vel e Na posi o aberta o equipamento dever estar apto a fechar em qualquer instante possivelmente sob curto circuito sem causar dano aos contatos Com o DJ aberto Z Imped ncia infinita A abertura do disjuntor depende do sucesso da corrida energ tica libera o x absor o de energia e diel trica tens o de restabelecimento x suportabilidade
39. TING PLATE INSULATORS TO SUPPORT STRUCTURE Figura 63 Formas de Conex es Ar SFs 1 81 6 7 P RA RAIOS Elementos de xido de Zinco s o adequados para a fabrica o de P ra raios imersos em SFs S o apoiados por um cilindro de isolamento dentro de uma se o do fluoduto da subesta o montando assim um equipamento que ir controlar uma sobretens o figura 64 Devido aos condutores estarem dentro da subesta o em um fluoduto de metal aterrado a nica maneira de se ter tens es de impulso atmosf rico atrav s das conex es da GIS para o resto do sistema el trico O cabo e as conex es dos transformadores diretos n o est o sujeitas a rel mpagos portanto apenas as conex es das buchas SFe ar s o preocupantes Os P ra raios isolados a ar atmosf rico surgem em paralelo com as buchas SFe Ar e geralmente oferecem uma prote o adequada subesta o em rela o as tens es de impulsos atmosf ricos a um custo muito menor do que as subesta es a SFe Surtos de manobra raramente s o uma preocupa o nas GIS porque com o isolamento de SFs ela suporta as tens es de surto de manobra que s o menores que a tens o de impulso suport vel No GIS as curtas dist ncias de isolamento podem ser superadas no curto tempo de um impulso atmosf rico de modo que o per odo mais longo do aumento de uma comuta o n o diminui significativamente a tens o de ruptura Estudos de coordena o de isolamento geral
40. Terminal box Coil Yoke Figura 57 Transformador de Potencial 1 Esses equipamentos podem ser facilmente remov veis para que a subesta o possa ser testada em alta tens o sem danific los Eles s o fornecidos com um interruptor ou ent o com link remov vel 76 INSULATSR SHIELD x HV CONNECTION CONTACT CONTACT FINGER HOLDER HV CONNECTION MOVING CONTACT CONTACT FINGER INSULATING ROD INSULATOR SHIELD Figura 58 Transformador de Potencial 1 6 4 4 CHAVES INTERRUPTORAS As chaves secionadoras nas subesta es isoladas a g s possuem um contato m vel que se abre ou fecha abrindo uma lacuna entre contatos estacion rios quando ativados por uma haste de opera o isolante que movida por um eixo selado vindo atrav s das paredes do fluoduto figura 59 Essas lacunas que ir o interromper o circuito quando esse chave for acionada Os contatos estacion rios possuem uma prote o f sica que os ajuda na distribui o do campo el trico dentro da GIS para que esse se mantenha em um n vel apropriado A velocidade do contato m vel relativamente baixa comparado a um disjuntor de contato m vel e o interruptor pode interromper apenas os baixos n veis de corrente capacitiva por exemplo desligar uma se o da barra ou pequenas correntes indutivas por exemplo transformador de corrente de magnetiza o 71 CONNECTING POINT FOR TESTING AND GROUND SHUNT TO ENCLOSURE INSUL
41. Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola Polit cnica Subesta es El tricas Gustavo Luiz Castro de Oliveira Muzy Projeto de Gradua o apresentado ao curso de Engenharia El trica da Escola Polit cnica Universidade Federal do Rio de Janeiro como parte dos requisitos necess rios obten o de grau de Engenheiro Eletricista Orientador Ant nio Carlos Siqueira de Lima D Sc Rio de Janeiro Fevereiro de 2012 Subesta es El tricas Gustavo Luiz Castro de Oliveira Muzy PROJETO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA DA ESCOLA POLIT CNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESS RIOS PARA A OBTEN O DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA Examinada por Prof Antonio Carlos Siqueira de Lima D Sc Orientador Prof Sergio Sami Hazan Ph D Prof Jorge Nem sio Sousa M Sc RIO DE JANEIRO RJ BRASIL FEVEREIRO DE 2012 AGRADECIMENTOS minha fam lia por ter me proporcionado toda a estrutura emocional e meios de continuar meus estudos at aqui Ao meu orientador Professor Ant nio Carlos Siqueira de Lima pela disponibilidade em tirar quaisquer d vidas que eu tivesse pelos conhecimentos passados e principalmente por me incentivar renovando a minha determina o em terminar o projeto A todos os meus amigos pelos bons momentos proporcionados pela paci ncia pelo companheirismo nos momentos dif ceis e por
42. a o ao chaveamento Qualquer uma das barras poder ser retirada de servi o a qualquer tempo para manuten o Falha num dos barramentos n o retira circuitos de servi o Por m h a desvantagem de ter um e meio disjuntor por circuito e tamb m o chaveamento e religamento autom tico envolvem demasiado n mero de opera es al m do disjuntor intermedi rio e circuitos agregados 63 Figura 49 Disjuntores no Esquema de Barra com Disjuntor e Meio 15 5 2 7 1 MANUTEN O NOS DISJUNTORES A princ pio n o h perda de circuito uma vez que h dois caminhos poss veis e caso um disjuntor entre em manuten o figura 49 ainda haver o outro caminho para a corrente dispon vel No entanto h a possibilidade de perda de um circuito n o definido quando um disjuntor estiver em manuten o pois neste arranjo de mais dif cil visualiza o os disjuntores n o est o associados a um circuito somente Existe ainda uma chave de linha n o representada na figura que atua no disjuntor central entre cada par de circuitos sob a prote o dos disjuntores antes e ap s o central Sua fun o desligar o circuito defeituoso para que os disjuntores voltem a energizar o circuito sem defeito rapidamente quando h um disjuntor em manuten o 5 2 7 2 MANUTEN O NAS BARRAS Poss vel abrindo os disjuntores e seccionadores ligados a ela os circuitos passar o para a outra barra atrav s dos disjuntores centr
43. a o e de distribui o O cap tulo 3 destinado aos tipos de classifica o das subesta es quanto aos n veis de tens o rela o entre os valores de tens o de entrada e sa da fun o no sistema el trico tipo de instala o tipo construtivo do equipamento e modalidade de comando O quarto cap tulo aborda os tipos de equipamentos de uma subesta o comentando sobre transformadores de instrumentos secionadoras disjuntores p ra raios e resistores de aterramento O quinto e o sexto cap tulo s o destinados s subesta es isoladas a ar atmosf rico e a g s SFs explicando seus conceitos varia es vantagens e desvantagens E por ltimo temos um cap tulo sobre a automa o de uma subesta o visando principalmente os pontos de prote o e controle do sistema el trico S o abordados conceitos de rel s de prote o e interface unidades de controle SCADA e outros pontos de automa o 1 3 PROPOSTA Este trabalho almeja consolidar o material did tico para a disciplina de Subesta es El tricas O trabalho tem a inten o de mostrar ao aluno de engenharia el trica um material com apresenta o concisa e tamb m facilitar a a o do professor j que incorpora seus apontamentos de aula 1 4 MOTIVA O Este trabalho foi motivado pela necessidade de se organizar o material did tico para a disciplina de Subesta es El tricas pelo interesse do professor Ant nio Carlos Siqueira de Lima em
44. adas possam ser fechadas ou abertas 6 13 VANTAGENS ECON MICAS DAS SUBESTA ES A G S O custo do equipamento da GIS naturalmente mais elevado do que o de AIS Entretanto uma subesta o a g s menos cara de se instalar do que uma a ar atmosf rico Esses custos de constru o ser o muito menores por causa da rea necess ria para a constru o ser muito menor do que o para uma subesta o AIS Essas vantagens de constru o de uma subesta o a g s aumentam com o aumento da tens o do sistema pois as subesta es de alta tens o isoladas a ar tendem a ter reas muito maiores por causa das longas dist ncias necess rias para o isolamento Fazendo uma compara o do custo de implementa o em rela o s tens es do sistema para um n vel de tens o de 345 kV os custos de um GIS seria igual a custos de uma A S Para tens es mais elevadas as subesta es a g s tendem a custar menos No entanto nos ltimos anos o custo de uma AIS foi reduzido significativamente pelos avan os t cnicos e de produ o sobretudo para os disjuntores enquanto que os equipamento das GIS n o demonstraram qualquer redu o de custos Portanto apesar das GIS terem sido uma tecnologia bem estabelecida por um longo tempo com uma viabilidade comprovada e quase n o h necessidade de manuten o atualmente percebida como muito cara e s aplic vel em casos especiais onde o espa o o fator mais importante 88 7 AUTOMA
45. ais 5 2 7 3 CONDI ES NORMAIS DE OPERA ES Cada par de circuitos est em uma se o de barra separada e h tr s conjuntos de disjuntor e chaves adjacentes para cada dois circuitos Os equipamentos devem ent o suportar a corrente de carga de duas sa das Observa o o esquema s 64 v lido quando h dois TCs por disjuntor em ambos os lados Quando s h um pode haver a perda de um elemento a mais para certos tipos de defeito perdendo a vantagem do esquema 5 2 7 4 DEFEITO EM CIRCUITO A conting ncia em um circuito n o afeta os demais podendo apenas limitar a flexibilidade do seu par a um disjuntor apenas 5 2 7 5 DEFEITO EM UMA BARRA Perde se o caminho pela barra desenergizada por m ainda h a possibilidade de caminho pelos disjuntores centrais garantindo a continuidade da opera o 5 2 8 ANEL SIMPLES a Figura 50 Esquema de Anel Simples 15 Possui n circuitos n disjuntores e 2n 1 secionadores como mostrado na figura 50 bom para um n mero pequeno de circuitos Tem baixo custo e permite manuten o de disjuntor Qualquer disjuntor pode ser removido para manuten o sem interrup o de carga Al m disso necessita de apenas um disjuntor por circuito e n o utiliza a barra principal E tamb m cada circuito alimentado atrav s de disjuntores e todas as chaves abrem os disjuntores Entretanto se uma falta ocorre durante a manuten o de um disjuntor o anel pode ser
46. antes 26 Tens es de 69 kV at 138 kV N o existe prefer ncias na utiliza o sendo que em sistemas onde se utiliza o PLC power line carrier usado o transformador de potencial capacitivo e Tens es acima de 138 kV Os transformadores de potencial capacitivo s o a maioria 4 2 2 PRINCIPAIS CARACTER STICAS DOS TRANSFORMADORES DE POTENCIAL 4 2 2 1 TENS O PRIM RIA NOMINAL A tens o prim ria do transformador de potencial vai ser a mesma da tens o do circuito ao qual seu prim rio est ligado 4 2 2 2 TENS O SECUND RIA NOMINAL padronizada em 115 V ou 115 43 V 4 2 2 3 CLASSE DE EXATID O Representa o valor m ximo do erro que o transformador de potencial poder apresentar para os instrumentos da subesta o Esse valor representado em percentual Tabela 4 4 Classe de exatid o dos transformadores de Potencial 14 Classe de Exatid o Recomendada Aceit vel TP Alimentando 0 3 0 6 Instrumentos Medidores Indicadores 0 6 1 2 27 4 2 2 4 CARGA NOMINAL A carga secund ria nominal de um instrumento s o as imped ncias ligadas aos seus terminais No caso do transformador de potencial s o considerados como carga todos os aparelhos da subesta o ligados aos seus terminais As cargas nominais estabelecidas pela norma ANSI s o as mesmas que as estabelecidas pela norma da ABNT A nica diferen a entre elas na classifica o enquanto um formado pela concatena o da letra P com pot
47. ara o disjuntor e switches A anuncia o de alarmes tamb m geralmente fornecida no LCC Sistemas el tricos interligados e algumas outras fun es de controle tamb m podem ser convenientemente implementados no fluoduto de controle local 83 Figura 65 Controle de Subesta es a G s 1 6 9 SISTEMA DE MONITORAMENTO DE G S A capacidade de isolamento e interrup o do g s SFs depende da sua densidade e deve estar em um n vel m nimo estabelecido A press o do g s SFs varia com a temperatura e portanto um sensor de temperatura utilizado para monitorar a densidade do g s A subesta o preenchida com SFs a uma densidade acima da densidade minima para que o meio diel trico tenha uma capacidade consider vel de interrup o sendo que de 10 a 20 do g s SFs possa ser perdido na atividade da subesta o ou deterioramento Os alarmes de densidade fornecem um aviso de que o g s que est sendo perdido e pode ser usado para operar os disjuntores e interruptores e colocar a subesta o que est a perder g s em uma condi o selecionada pelo usu rio 84 6 10 ARRANJOS EL TRICOS Para qualquer diagrama de uma linha el trica existem normalmente v rias poss veis arranjos f sicos O formato para uma subesta o a g s e a natureza das linhas de conex o devem ser consideradas figura 66 A figura 66 compara um arranjo natural de disjuntor e uma GIS com um arranjo linear m
48. ass 25 por exemplo e abrir o disjuntor 22 a receber manuten o por fim abrir as chaves 21 e 23 e depois passar a chave de transfer ncia para a posi o T disjuntor de transfer ncia Para a religa o proceder no sentido inverso ao descrito acima 5 2 3 2 MANUTEN O NAS BARRAS N o poss vel a manuten o na barra principal sem o desligamento total da subesta o pois a barra de transfer ncia n o possui prote o adequada e a opera o seria de risco Procede se abrindo se os disjuntores e em seguida as chaves adjacentes Para a religa o o procedimento no sentido inverso 5 2 3 3 CONDI ES NORMAIS DE OPERA ES A corrente flui pela barra de transfer ncia que mant m a tens o para os circuitos que chegam e saem A barra de transfer ncia se mant m desenergizada sendo utilizada apenas em manobras de manuten o de disjuntores sempre um por vez ou restabelecimento da opera o normal da subesta o ap s alguma conting ncia 55 5 2 3 4 DEFEITO EM CIRCUITO Ap s a atua o da prote o abertura do disjuntor pode se agir de forma semelhante s manobras para a manuten o de um disjuntor colocando provisoriamente tal circuito na barra de transfer ncia caso o defeito j tenha sido extinguido Pode se aproveitar da situa o e realizar a manuten o no disjuntor Pode se tamb m apenas restabelecer o circuito na barra principal fechando as chaves e o disjuntor em seguida O important
49. azes de suportar de forma cont nua a corrente nominal A fun o principal aterrar componentes do equipamento em manuten o A exist ncia de componentes n o aterrados bancos de capacitores em deriva o barramentos ou linhas de transmiss o por exemplo no sistema torna necess rio o uso desta chave pois ela possibilita o aterramento do equipamento em manuten o Quando uma chave de terra est acoplada diretamente a uma secionadora comum esta assume a denomina o de l mina de terra ou l mina do aterramento 4 3 2 3 CHAVES DE ATERRAMENTO R PIDO S o chaves raramente utilizadas por se tratarem de chaves empregadas em situa es de emerg ncia Entretanto quando exigidas s o extremamente r pidas necessitando s vezes de acionamento por meio de explosivos Segundo a ABNT 16 IEC 25 s o dispositivos dotados de um sistema de acionamento r pido preparados para atuar em situa es de emerg ncia capazes de suportar por um per odo especificado de tempo correntes em condi es anormais como correntes de curto circuito mas n o s o capazes de suportar de forma cont nua a corrente nominal Dentre suas fun es est o aterrar componentes energizados do sistema em caso de defeitos n o manobr veis como linhas de transmiss o sem esquema de prote o com transfer ncia de disparo linhas de transmiss o terminadas por transformador sem disjuntor no terminal da linha e prote o de geradores contra sobre
50. c air insulation que s o as subesta es que utilizam o ar atmosf rico como meio isolante pode se afirmar que s o necess rios metros c bicos de ar atmosf rico para se conseguir os mesmo resultados obtidos com cent metros c bicos de SFs Consequentemente comparando subesta es de mesmo n vel de tens o as subesta es GIS podem ser em torno de dez vezes menores do que as AIS Por causa disso as GIS s o usadas na maior parte dos casos em regi es onde o espa o ou muito caro ou n o disponivel Al m disso as GIS possuem suas partes ativas protegidas contra a deteriora o da exposi o ao ar atmosf rico contamina o e umidade Por esses fatores as GIS al m de serem mais compactas do que as AlS tamb m requerem menos manuten o As primeiras subesta es com o SFs como material isolante foram desenvolvidas entre as d cadas de 60 e 70 e ap s apenas 5 anos de desenvolvimentos de pesquisas seu uso j havia alcan ado cerca de 20 na rela o das novas subesta es que eram constru das em locais limitados Em contrapartida nos demais pa ses como no Brasil onde o tamanho de espa o de constru o n o era um empecilho no projeto o uso das GIS era limitado devido ao seu alto custo de implanta o 6 2 G S SFe Segundo o livro de Qu mica Inorg nica Volume II de Ricardo Feltre o hexafluoreto de enxofre SFs um composto qu mico inorg nico dos elementos qu micos enxofre e fl or sen
51. configurada toda a base de dados do sistema com os valores de todas as vari veis digitais e anal gicas al m das listas de eventos e alarmes Todas essas informa es aparecem em uma tela do computador usado aonde o operador atrav s do desenho do unifilar do sistema alertado de qualquer eventualidade figura 72 Figura 72 Tela de um Sistema Unifilar de um Sistema SCADA 9 100 7 4 4 OSCIL GRAFOS Os oscil grafos tamb m conhecidos como registradores digitais de perturba o RDP s o aparelhos que permitem observar e registrar as varia es do sistema el trico ao longo do tempo S o destinados aquisi o monitoramento e registro de grandezas el tricas normalmente associadas a instala es de gera o transmiss o ou distribui o de energia el trica O m dulo do registrador fornece informa es como tempo de atua o dos rel s de prote o abertura e fechamento das chaves secionadoras disjuntores com precis o de at um milisegundo Uma refer ncia externa de tempo geralmente baseada em um receptor GPS pode ser conectada atrav s de entrada ptica ou el trica provendo aquisi o sincronizada e refer ncia temporal para os registros A identifica o r pida de um problema e a avalia o correta do comportamento da rede permitem medidas corretivas r pidas antes que o problema se torne uma falha principal da rede Esses registros podem ser divididos em dois grupos principais Registros d
52. d o 13 Classe de Exatid o Recomendada Aceit vel TC Alimentando 0 3 0 6 Instrumentos Medidores Indicadores 0 6 1 2 4 1 3 4 CARGA NOMINAL Carga na qual se baseiam os requisitos de exatid o do transformador Tabela 4 3 Cargas nominais para TC de 5A de corrente secund ria pela ABNT 13 Designa o Resist ncig Reat nci Pot ncie Fator Imped ncie Carga Q Q Aparente de Q VA Pot nciz C 2 5 0 09 0 0436 2 5 0 90 0 1 C 5 0 0 18 0 0872 5 0 0 90 0 2 C 12 5 0 45 0 2180 12 5 0 90 0 5 C 25 0 0 50 0 8661 25 0 0 90 1 0 C 50 0 1 00 1 7321 50 0 0 90 2 0 C 100 0 2 00 3 4642 100 0 0 90 4 0 C 200 0 4 00 6 9283 200 0 0 90 8 0 4 1 3 5 FATOR T RMICO Raz o entre a m xima corrente prim ria que o transformador de corrente capaz de conduzir em regime permanente sob frequ ncia nominal sem exceder os limites de eleva o de temperatura especificados e sem sair de sua classe de exatid o pela corrente prim ria nominal do mesmo 23 4 1 3 6 N VEL DE ISOLAMENTO O n vel de isolamento definido pela m xima tens o do circuito ao qual o transformador de corrente vai ser conectado e padronizado quanto s condi es que deve satisfazer a sua isola o em termos de tens es suport veis 4 1 3 7 CORRENTE T RMICA NOMINAL Representa a maior corrente prim ria que um transformador capaz de suportar durante 1 segundo sem exceder em nenhum dos enrolamentos a temperatura m xima especificada em sua classe de is
53. diversos tipos suas formas de opera o e manuten o Foi abordada uma introdu o explicando os conceitos b sicos de uma Subesta o El trica al m das poss veis formas de classifica o Posteriormente foi feita uma abertura no projeto quanto ao tipo de material isolante separando as mesmas por isoladas a ar atmosf rico e a SFs Foi realizado tamb m um estudo resumido dos principais tipos de equipamentos que formam esses sistemas el tricos e por ltimo uma introdu o automa o das subesta es sendo explorados alguns conceitos de digitaliza o de subesta es Abstract of Undergraduate Project presented to Poli UFRJ as a partial fulfillment of requirements for the Degree of Electrical Engineer Consolidation of Educational Material for the Electrical Equipment Discipline Electrical Substations Gustavo Luiz Castro de Oliveira Muzy February 2012 Advisor Ant nio Carlos Siqueira de Lima Course Electrical Engineering This work consists of a detailed study of Electrical Substations reporting its various types their forms of operations and maintenance It addressed an introduction explaining the basics of an Electrical Substation besides the possible forms of classification Later he was made an opening in the project the type of insulating material separating them by a single atmospheric air and SF6 Was also carried out a study summary of the main types of equipment that make up these
54. do assim um g s sint tico utilizado principalmente na ind stria el trica como meio isolante e extintor de arco el trico formado por um tomo de enxofre rodeado por 6 tomos de fl or Possui grande eletronegatividade portanto extingue arcos el tricos quimicamente inerte e 70 segundo o livro Electric Power Substations Engineering 1 23 000 vezes mais nocivo para o efeito estufa que o di xido de carbono Entretanto representa menos de 1 de colabora o no aquecimento global Ele um g s inerte incolor inodoro ins pido sem sabor e n o inflam vel Tamb m cerca de cinco vezes mais denso do que o ar O SF6 usado nas GIS em press es de 400 a 600 kPa absoluto Essa press o escolhida de forma que o g s n o condense em um l quido temperatura mais baixas quando em contato com os equipamentos A figura 52 mostra as liga es qu micas desse composto F 156 4 pm 90 tau dd F F7 F F Figura 53 Composi o Qu mica do G s SFe 17 Sua capacidade de isolante comparado com o ar aproximadamente tr s vezes maior e cerca de cem vezes melhor para interrup o de arcos el tricos 1 usado normalmente em subesta es de m dias para altas tens es substituindo os meios mais antigos de isolantes leo e o ar atmosf rico Durante a extin o do arco el trico o g s SF decomposto Por m essa decomposi o se recombina e volta a SFs t o bem que nem nece
55. dois planos bem definidos o que facilita a manuten o e aumenta a seguran a Tamb m ocupa pouco espa o tornando este arranjo bastante compacto Figura 31 Chave com Fechamento ou Alcance Vertical 14 39 Existem duas possibilidades de montagem dos contatos fixos em coluna de isoladores invertida ou diretamente no barramento 4 3 3 10 SEMI PANTOGR FICA EUROPEIA A l mina articulada para um lado dobrando se sobre si mesma figura 32 Esta chave apresenta as mesmas vantagens da fechamento vertical com rela o ao arranjo e a economia de espa o pa am S dhdidh E oa ego Figura 32 Chave Semi Pantogr fica 14 As articula es intermedi rias diminuem a resist ncia aos esfor os do curto circuito 4 3 4 TIPOS DE OPERA O E COMANDO 4 3 4 1 CHAVES DE ACIONAMENTO MANUAL e Chaves de Acionamento Direto S o chaves de opera o individual por meio de vara de manobra onde cada polo formado por duas colunas de isoladores fixos e uma l mina articulada em uma das colunas de isoladores Essas chaves n o s o apropriadas para opera o em carga j que a velocidade de abertura um fator importante neste tipo de opera o e por ser manual est ligada a subjetividade do operador S o as mais econ micas pela aus ncia de mecanismos e pela simplicidade S o indicadas apenas para baixas tens es pois para tens es mais elevadas ficaria extremamente grande e pesada 40
56. e perceber que um defeito em um circuito n o afeta os outros da subesta o 5 2 3 5 DEFEITO EM UMA BARRA Nesse caso a subesta o toda sai de opera o uma vez que a barra de transfer ncia se destina apenas a manobras A religa o se daria com o fechamento de disjuntores e chaves nessa ordem 5 2 4 BARRA DUPLA COM DISJUNTOR SIMPLES Figura 40 Esquema de Barra Dupla com Disjuntor Simples 15 Esse tipo de esquema figura 40 usado comumente nas usinas geradoras e tamb m na industria Ele j permite uma flexibilidade com ambas as barras em opera o Por exemplo qualquer uma das barras pode ser isolada para manuten o vantajoso para opera o com cargas e fontes distribu das H facilidade de transfer ncia dos circuitos de uma barra para outra com o uso de um nico disjuntor de transfer ncia e manobra com chaves Possui principalmente duas desvantagens a necessidade de um disjuntor extra para conex o com a outra barra a prote o do barramento pode causar a perda da subesta o quando esta operar com todos os circuitos num nico barramento Al m disso h alta exposi o a falhas no barramento e uma falha no disjuntor de transfer ncia pode colocar a subesta o fora de servi o 56 Figura 41 Disjuntores no Esquema de Barra Dupla com Disjuntor Simples 15 5 2 4 1 MANUTEN O NOS DISJUNTORES O circuito precisa ser desligado uma desvantagem com rela o ao arranjo an
57. e sobretens o Rel temporizado que serve em conjunto com o dispositivo que inicia a opera o de desenergiza o parada ou abertura em uma sequ ncia autom tica Este dispositivo um acess rio intr nseco ao transformador de for a instalado entre o tanque principal e o tanque de expans o cuja finalidade desligar ou acionar um dispositivo de alarme 30 mesmo pela detec o de gases no seu interior ou pelo deslocamento brusco de leo com o fluxo no sentido do tanque principal para o tanque de expans o Esse dispositivo tem como componente principal um acess rio intr nseco ao transformador instalado sobre o tanque principal e que o mesmo tem por finalidade desligar o transformador de for a protegendo o contra sobrepress o no interior de sua cuba ou acionar o dispositivo de alarme 30 Dispositivo que funciona em um desej vel valor do fluxo corrente Rel que opera para dados valores de n vel de l quido ou g s no tanque principal do transformador ou para dados ndices de mudan a destes valores com a finalidade de acionar o dispositivo de alarme 30 96 73 14 5 16 f 18 19 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 Contator de resist ncia de carga Fun o de alarme Mecanismo de mudan a de posi o Rel de sobrecorrente CC Transmissor de impulsos Rel de medi o de ngulo de fase prote o contra falta de sincronismo Rel de religamento Reservado
58. e perturba o de curta dura o e de longa dura o Os registros de curta dura o s o destinados principalmente para aquisi o das formas de onda das tens es e correntes para an lise de dist rbios r pidos como an lises de curtos circuitos por exemplo Quanto aos registros de longa dura o s o usados essencialmente para os registros das grandezas fasoriais ou seja para os valores eficazes das tens es e correntes de sequ ncia positiva e dos ngulos de fase relativos Quanto aos tipos os registros podem ser referentes a forma de onda aos registros de fasores registros hist ricos e os registros sequencias de eventos SOE figura 73 101 r o o I5 o e TT Ar po na gr dias 1975 04 10 14 55 05 MIL ij g Vaag U FS 8 ha AAA A MI ih T HH VV N VA AN AAA A Ad ab Ab A AAA V7 UV i J y y J Vl q VVVYY q i i i i i i l i d a s o V o o 4 A o g 7 Figura 73 Registros Hist ricos de um RDP 9 7 4 5 MULTIMEDIDORES Os multimedidores s o equipamentos eletr nicos capazes de realizar diversas medi es em um circuito el trico Um multimedidor possui a fun o de medi es instant neas juntando medi es que seriam feitas por volt metros amper metros frequenc metro e watt metros Normalmente os multimedidores operam em sistemas de correntes alternadas e necessitam medir a tens o e a corrente el trica do circuito a ser anal
59. e a descri o anterior manuten o de disjuntores estendendo a opera o para todos os circuitos que derivam da barra 5 2 1 4 CONDI ES NORMAIS DE OPERA ES Para a liga o da subesta o deve se atentar sempre ao fechamento das chaves antes dos disjuntores pois aquelas n o podem ser ligadas em carga No mais tem funcionamento simples e direto permitindo sa das de linha em qualquer dire o sem cruzamentos desde que as expans es ou amplia es tenham sido previstas 5 2 1 5 DEFEITO EM CIRCUITO Ap s a abertura do disjuntor as chaves do circuito s o abertas para a manuten o e ap s isso se procede religa o do circuito conforme descrito 5 2 1 6 DEFEITO EM UMA BARRA A prote o pr xima s barras ir atuar abrindo os disjuntores dos circuitos ligados a ela Para a religa o ap s a manuten o devem se fechar as chaves e em seguida os disjuntores 5 2 2 BARRA SIMPLES SECCIONADA 51 i A faca de terra faca de terra QRO Rr ilt 7 alimentadores alimentadores trocar por disjuntor H H Figura 36 Barra Simples Seccionada 15 O esquema de barra simples seccionada apresenta n circuitos n disjuntores e 2n 1 secionadores como mostra a figura 36 Este arranjo indicado para funcionar com duas fontes de energia para que se possa operar com as duas barras em separado permitindo a manuten o de barra sem perda da subesta o Al m das vantagens j citadas
60. e apenas quando h presen a de tens o na bobina que leva os contatos a movimentarem se para a posi o normal fechado NF ou normal aberto NA quando esta tens o retirada Este princ pio se aplica para rel s tudo ou nada set e reset ou um e zero Em diversos pa ses como nos Estados Unidos e Europa a nomenclatura NA e NF s o encontradas como NO Normal Open ou NC Normal Closed Existem basicamente dois tipos de rel s na subesta o os rel s de interface ilustrados na figura 69 que s o destinados para os acionamentos dos disjuntores em geral utilizando tens es CC de 125 ou 250 Volts e corrente consider vel Para que uma sa da digital de um CLP entre nestes circuitos preciso que ela tenha esta capacidade de corrente e tens o podendo resultar num projeto grande e ao mesmo tempo antiecon mico A alternativa fazer com que ela venha a agir atrav s de reles auxiliares com esta capacidade Os outros tipos de rel s s o os digitais de prote o 92 Figura 69 Rel de Interface 9 Quanto aos rel s digitais figura 70 para executarem suas fun es usam as entradas anal gicas para determinar os valores de corrente e tens o processam as informa es e como resultado atuam numa sa da digital que entra no circuito de comando do disjuntor Figura 70 Rel Digital L90 da GE 9 7 4 1 1 TABELA ANSI Essa tabela mostra toda a enumera o funcional desses dispositivos Tabela 7 1 Tabela ANS
61. e ser removido e a chave usada como uma conex o de equipamentos de teste para o condutor de GIS Ensaios de tens o e corrente das partes internas da GIS podem ser feitos sem a remo o de g s SFs ou a abertura do fluoduto 6 5 BARRA Para conectar m dulos da subesta o a g s que n o est o diretamente ligados uns aos outros uma barra na GIS consiste no uso de um condutor ligado a uma extremidade do lado externo do fluoduto e um fluoduto externo S o usados tamb m isoladores de apoio contatos el tricos deslizantes e articula es flangeadas figura 61 Figura 61 Barramento de uma Subesta o a G s 21 Flange um elemento que une dois componentes de um sistema de tubula es permitindo ser desmontado sem opera es destrutivas Os flanges s o montados em pares e geralmente unidos por parafusos mantida a superf cie de contato entre dois flanges sob for a de compress o a fim de vedar a conex o 6 6 CONEX ES SFs AR As conex es Ar SFs s o feitas anexando um cilindro oco com isolamento a um flange na extremidade de um fluoduto de SIG O cilindro cont m isolante SFs 19 pressurizado no interior e adequado para a exposi o ao ar atmosf rico do lado de fora O condutor continua atrav s do centro do cilindro isolante para uma placa terminal de metal figura 62 A parte externa da placa final tem dispositivos para aparafusar a um condutor isolado a ar As distribui es dos campos el tric
62. electrical systems and finally an introduction to the automation of substations Some concepts being explored scanning substations vi SUM RIO Lista das Principals Siela Sharepod a a a T iX Horde ROUA a T X Ltda De AS a A A xiii Lista ge Abreviaturas e Siglas sasasismas nadar da quinas E EA gaia fas ldadda Xiv INLFOdU O sussa ad alas aa da qua sadias E gana 1 ki ODEIO suada nan ES 1 1 2 Estrutura de ESTUdO saesae Danda ai asa ias Tas GAS aE IDAS 1 13 Proposta sa is ia O 2 LA IMOLVA O iai a E OS N 2 kS Relevancia do ESTUCO masse O a A AS 2 L6 Limita oes de ESTUCOS sa asssaniainisia sua dasad nian a n aN 2 2 Introdu o a SUDESTA ES S ninaa a aaa a a T AT 3 21 IMrodUC IO suis saias CODES TNTET EA 3 2 2 Macro Classifica es ae uma S besta Oascienerriae oasis a a ai 4 3 Classifica ao das SUDESTAC OES annie ona EN 6 31L Quanto ao nivel qe TENS O sanna A O a 6 3 2 Quanto Rela o Entre os N veis de Tens o de Entrada e Sa da 8 3 3 Quanto Fun o ao Sistema El trico Global ssssssssesseeeresressererreressresrererrseres 10 34 Quanto ao Tipo de Instala o aaa ane a a a 11 3 5 Quanto ao Tipo Construtivo de EquipamentoS ssessseesseesseesserssereserssersseese 12 3 6 Quanto Modalidade de Comando sessssesseessersserssersrereserssersserssereserssersseese 14 4 Tipos de Equipamentos de uma Subesta o cciieeeeereserenseraeeanseanaenas 15 aa T
63. endo medidos e os instrumentos da subesta o 4 1 1 TIPOS DE TRANSFORMADORES DE CORRENTE Os transformadores de corrente t m dois tipos principais de servi os medi o e prote o Com isso temos dois tipos principais de classifica o 4 1 1 1 TRANSFORMADOR DE CORRENTE PARA SERVI O DE MEDI O Utilizados para medi o de correntes em alta tens o possuem caracter sticas de boa precis o 0 3 a 0 6 de erro de medi o e baixa corrente de satura o 4 vezes a corrente nominal um equipamento que necessita de uma alta precis o na transforma o da corrente secund ria pois alimenta medidores muitas vezes de faturamento 4 1 1 2 TRANSFORMADOR DE CORRENTE PARA SERVI O DE PROTE O Utilizados para suprir os equipamentos de prote o da subesta o e tamb m isolarem o circuito prim rio do secund rio Requerem uma caracter stica linear at a tens o secundaria que corresponda m xima corrente de defeito que circula na carga conectada Utilizados para prote o de circuitos de alta tens o s o caracterizados por n o precisarem de alta precis o 10 a 20 de erro de medi o e pela elevada corrente de satura o da ordem de 20 vezes a corrente nominal A figura abaixo mostra as curvas t picas de satura o dos transformadores de corrente de prote o e medi o 16 Corrente no Secund rio A Curva t pica de um 20 I2nom f TC de prote o Curva t pica de um 4 IZn
64. ens o o ngulo de fase e a frequ ncia dos pontos el tricos um dispositivo que funciona quando a temperatura do leo do transformador exceder a um valor predeterminado um dispositivo que funciona quando o sistema atinge um determinado valor de subtens o Dispositivo de reposicionamento n o autom tico que fornece certo n mero de indica es visuais e ou auditivas separadas a respeito do funcionamento de dispositivos de prote o e que pode tamb m ser disposto para desempenhar uma fun o indicando que um equipamento est fora de opera o normal 94 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Chave de sequ ncia operada por motor Dispositivo para opera o das escovas ou curto circuitar an is coletores Dispositivo de polaridade Rel de subcorrente ou subpot ncia Dispositivo de prote o de mancal Reservado para futura aplica o Rel de perda de excita o Disjuntor ou chave de campo Disjuntor chave de opera o normal Dispositivo de transfer ncia manual Rel de sequ ncia de partida Reservado para futura aplica o Rel de desbalanceamento de corrente de fase Rel de sequ ncia de fase de tens o Rel de sequ ncia incompleta partida longa Rel t rmico Rel de sobrecorrente instant neo Rel de sobrecorrente temporizado Disjuntor de corrente alternada Rel para excitatriz ou gerador CC Disjuntor para corrente cont
65. er as conex es SFg ar os orif cios na parte do fluoduto que se encontra o disjuntor est o diretamente ligados ao m dulo das G S adjacentes 6 4 2 TRANSFORMADORES DE CORRENTE Os transformadores de corrente s o equipamentos indutivos instalados no interior ou no exterior da subesta o a g s Esses transformadores devem ser protegidos contra o campo el trico produzido pelo condutor de alta tens o ou de alta tens o transit ria que podem aparecer no secund rio atrav s de acoplamento capacitivo e enquanto que o prim rio ligado diretamente nos condutores da GIS A figura 56 ilustra um transformador de corrente de uma GIS E para os transformadores que se encontram fora do fluoduto devem ser fornecidos um e ser fornecido com um conjunto de isolamentos Ambos os tipos de constru o est o em ampla utiliza o 75 Enclosure Insulator SFe gas i gt J Hm p Current transformer Primary conductor Figura 56 Transformador de Corrente 1 6 4 3 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Os transformadores de potencial s o equipamentos indutivos com um n cleo de ferro figura 57 O enrolamento prim rio suportado em uma pel cula pl stica isolante imersa em SFe Ele deve ter um escudo de campo el trico entre os enrolamentos prim rio e secund rio para evitar acoplamento capacitivo de tens es transit rias figura 58 Insulator Cc Enclosure Primary conductor
66. er supervisionados por computadores formando assim um sistema de controle l gico program vel 7 4 2 1 ENTRADAS DIGITAIS Possuem a finalidade de interface do sistema digital de prote o e controle com os equipamentos do sistema atrav s dessas entradas que s o feitas as aquisi es das informa es digitais do campo como por exemplo os estados dos disjuntores e secionadores 7 4 2 2 SA DAS DIGITAIS Assim como as entradas digitais ocupam um papel de interface entre o campo e os sistemas de prote o e de controle A diferen a que no caso das sa das digitais s o feitos os comandos nos equipamentos do sistema como para os disjuntores chaves e comutadores de TAP 7 4 2 3 ENTRADAS ANAL GICAS Servem para aquisi o de informa es anal gicas atrav s dos medidores podendo controlar valores de corrente tens o temperatura press o e n veis de leo 99 Com esses valores poss vel que a CLP seja capaz de realizar a automa o necess ria da subesta o 7 4 3 SCADA Como o nome diz o sistema de supervis o controle e aquisi o de dados composto basicamente de um software que faz a interface do sistema de automa o da subesta o com o operador Ele fornece todas as informa es necess rias como os valores e os estados das vari veis do sistema disponibilizando as melhores condi es para que as decis es possam ser tomadas pelos operadores da subesta o Nesse software
67. eriais absorventes dentro do envolto met lico da G S ajudam tamb m a manter um n vel baixo de umidade apesar de que ao longo do tempo a umidade vai aumentar a partir das superf cies das subst ncias diel tricas Pequenas part culas de tamanhos m nimos j ajudam a reduzir significativamente a rigidez diel trica do g s SFs Este efeito torna se maior assim que a press o aumentada superando os 600 kPa Por isso fundamental manter esses equipamentos totalmente secos em rela o umidade Durante a fabrica o e dos ensaios em alta tens o essas part culas podem ser detectadas assim que se movem por causa de pequenas descargas el tricas e sinais ac sticos podendo ser removidas O fornecimento do g s SFg nas subesta es feito atrav s de cilindros de aproximadamente 50 kg com o g s em estado l quido e a uma press o de 6000 kPa muito maior da que a press o de opera o para facilitar o armazenamento e o transporte 6 3 CONSTRU O E SERVI OS DAS SUBESTA ES A G S As GIS s o projetadas com alguns equipamentos como disjuntores transformadores de corrente transformadores de pot ncia chaves interruptoras barras de interliga o e p ra raios combinando um diagrama de uma linha el trica de uma subesta o Elas s o envolvidas por um inv lucro met lico que limita os equipamentos e o g s SFs da subesta o conhecido como fluoduto Cita se como exemplo uma subesta o a g s de 242 kV como na
68. ernational Electrotechnical Commission Institute of Electrical and Electronics Engineers grau Kelvin Unidade para a grandeza temperatura termodin mica Metro unidade de dist ncia Sigla de Norma Brasileira aprovada pela ABNT Hexafluoreto de enxofre Tens o transit ria de restabelecimento Volt Unidade de tens o el trica Watt Unidade de medida de pot ncia Libras Unidade de medida de press o XIV 1 INTRODU O 1 1 OBJETIVOS Este trabalho possui como objetivo uma abordagem geral nos conceitos de subesta es el tricas explicando o que uma subesta o e suas poss veis varia es de acordo com os cen rios existentes Ser o realizados tamb m estudos sobre os tipos de equipamentos que cada uma dessas subesta es possui O principal objetivo desse trabalho que al m dos conceitos b sico de uma SE seja exemplificado suas poss veis varia es e os equipamentos que ir o ser utilizados de acordo com as caracter sticas do sistema e as disponibilidades financeiras e de espa o Por fim comentada a import ncia da automatiza o de uma SE por quest es t cnicas de controle e prote o da mesma fazendo uso da tecnologia da informa o 1 2 ESTRUTURA DE ESTUDO O cap tulo 2 apresenta uma subdivis o mais macro das subesta es utilizando um ponto de vista de cliente e fornecedor Com isso encontram se quatro tipos principais as switchyard subesta o do cliente esta o de comut
69. esistor n o linear fabricado basicamente com o carbonato de sil cio Com este material pode se observar que por ocasi o de tens es baixas tem se uma resist ncia elevada e com tens es elevadas uma resist ncia baixa 4 5 1 2 P RA RAIOS DE XIDO DE ZINCO Os P ra raios de xido de Zinco constituem se basicamente do elemento n o linear colocado no interior de um corpo de porcelana Neste p ra raios n o s o necess rio os gaps em s rie devido s excelentes caracter sticas n o lineares do ZINCO Os P ra raios de xido de Zinco apresentam vantagens sobre os demais convencionais entre as quais podem ser citadas e Inexist ncia de gaps que est o sujeitos a varia es na tens o de descarga de um P ra raios que n o esteja adequadamente selado al m de que um n mero elevado de componentes no gap aumenta a possibilidade de falhas e P ra raios convencionais absorvem mais quantidade de energia do que o P ra raios de xido de zinco o que permite a este ltimo absor o durante um maior n mero de ciclos 4 6 RESISTORES DE ATERRAMENTO Finalidade de limitar a corrente de curto circuito comum colocar um resistor ou um reator entre o neutro e a terra 47 Nos geradores o neutro em geral aterrado atrav s de resistores ou bobinas de indut ncia A maioria dos neutros dos transformadores em sistemas de transmiss o acima de 70 kV s o solidamente aterrados Abaixo dessa tens o os neutros dos transformado
70. iPO POSI O LIVRE S o indicados para tens es de 765 kV e correntes acima de 3 000A usado para os casos em que h necessidade de recombina o para obten o de outras rela es de transforma o Os transformadores do corrente do tipo posi o livre podem ser subdivididos em alguns grupos ainda como 4 1 2 6 1 TiPO PEDESTAL Possuem sua massa concentrada n cleo e isolamento l quido na base do equipamento de forma a proporcionar maior estabilidade mec nica buscando compensar a altura elevada da bucha como ilustrado na figura 20 O enrolamento prim rio refor ado de forma a suportar os esfor os mec nicos oriundos de corrente de curto circuito 20 Figura 20 Tipo Pedestal 13 4 1 2 6 2 TIPO INVERTIDO O enrolamento prim rio consiste em uma barra estacion ria que envolvida pelo secund rio em forma de um tor ide normalmente usado para altos valores de correntes e de tens es Nesse caso os enrolamentos prim rios e secund rios s o montados dentro de um compartimento met lico como ilustrado na figura 21 O isolamento principal colocado nos espa os do tor ide que envolve as partes secund rias e a expans o tubular Os terminais do secund rio est o dispon veis em uma caixa de terminais Figura 21 Tipo Invertido 13 21 4 1 2 7 TIPO DE V RIOS ENROLAMENTOS PRIM RIOS ABNT Nesse caso de transformador de corrente os v rios enrolamentos prim rios que constituem
71. isado Estas informa es podem ser obtidas diretamente ou indiretamente por meio de transformadores de potencial para medi o de tens o e transformadores de corrente para medi o de corrente A figura 74 ilustra um modelo de um multimedidor 102 Figura 74 Multimedidores 20 Esses multimedidores s o mult metros instalados de forma fixa normalmente na porta do painel do sistema de automa o Quando n o s o equipamentos com display destinam se exclusivamente a supervis o remota 7 4 6 GPS O GPS ou sistema de posicionamento global um sistema de posicionamento por sat lite figura 75 utilizado para determina o da posi o de um receptor na superf cie da terra ou em rbita Ele est baseado no sistema de sat lites NAVSTAR pertencente ao governo americano onde seu uso para fins civis foi liberado em 1980 Devido ao fato de os sistemas digitais de automa o de subesta o integrarem diversos equipamentos que devem operar de forma conjunta e integrada um requisito fundamental a estes sistemas a sincroniza o de tempo Por isso para que a an lise dos dados seja feita de forma correta os v rios registradores de perturba o devem ter uma hora e data comum Logo em todas as subesta es digitalizadas deve existir um GPS para que a unidade de controle central possa sincronizar todos os rel gios internos dos equipamentos e que tudo esteja conectado rede de telecomunica o da subesta o
72. isjuntor 52 na subesta o e vice versa Ademais segue se o procedimento normal abertura de disjuntores e de chaves posteriormente religa o com fechamento das chaves e depois dos disjuntores 5 2 2 2 MANUTEN O NAS BARRAS Para cada trecho de barra devem ser abertos os circuitos ligados a ela al m do disjuntor e das chaves centrais 52 55 e 57 da figura 37 A religa o feita atrav s do fechamento dos disjuntores dos circuitos depois das chaves adjacentes e finalmente da liga o central 52 55 57 nessa ordem 5 2 2 3 CONDI ES NORMAIS DE OPERA ES Semelhante ao do arranjo Barra Simples o arranjo central destinado a opera es de manuten o ou religa o de trechos da subesta o para que pelo menos parte da carga n o seja cortada 5 2 2 4 DEFEITO EM CIRCUITO Semelhante ao descrito no arranjo da Barra Simples 53 5 2 2 5 DEFEITO EM UMA BARRA O disjuntor 52 da figura 37 abrir e pelo menos uma das sub barras continuar em condu o n o tirando a subesta o inteira de opera o Abre se a chave do lado onde houve a conting ncia para manuten o para o fechamento fecha se a chave e o disjuntor finalmente restabelecendo se toda a subesta o 5 2 3 BARRA PRINCIPAL E TRANSFER NCIA as T E m 7 E 7 disjuntores y Y y N T alimentadores Figura 38 Esquema de Barra Principal e Transfer ncia 15 Esse esquema figura 38 j um
73. ivos de menores comprimentos Na figura 6 pode se ver uma foto de uma subesta o de manobra Figura 6 Subesta o de Manobra Isolada a SFs 5 3 2 2 SUBESTA O ELEVADORA localizada na sa da das usinas geradoras Elevam as tens es para n veis de transmiss o e subtransmiss o visando diminuir a corrente e consequentemente a espessura dos condutores e as perdas Esta eleva o de n vel tens o comumente utilizada para facilitar o transporte da energia diminui o das perdas do sistema e melhorias no processo de isolamento dos condutores Na figura abaixo pode se observar uma foto de uma subesta o elevadora Figura 7 Subesta o Elevadora 6 3 2 3 ABAIXADORA Localizada nas periferias dos centros consumidores Diminuem os n veis de tens o para que essa aproxima dos centros urbanos a para evitar inconvenientes para a popula o r dio interfer ncia campos magn ticos intensos e faixas de servid o muito grandes Na figura 8 poss vel ver a ilustra o dessa subesta o pr xima de uma vista urbana Figura 8 Subesta o Abaixadora 3 3 QUANTO FUN O AO SISTEMA EL TRICO GLOBAL Esta uma classifica o em que na verdade o que importa a pot ncia que passa por ela n o sendo associada tens o Podem ser classificadas em de transmiss o de subtransmiss o ou de distribui o 3 3 1 TRANSMISS O a principal tronco a energia sai do gerador e segue para
74. l trico quando uma corrente de intensidade desprez vel interrompida ou restabelecida Tamb m capaz de conduzir correntes sob condi es normais do circuito e durante um tempo especificado correntes sob condi es anormais como curto circuito 4 3 1 2 INTERRUPTORES S o dispositivos mec nicos de manobra capaz de fechar abrir ou transferir as liga es de um circuito em que o meio isolante o ar podendo operar em condi es nominais do circuito sem defeito e em carga com capacidade de resistir aos esfor os decorrentes 30 4 3 2 FUN ES DESEMPENHADAS PELAS CHAVES NAS REDES EL TRICAS Na sele o e na utiliza o adequada das chaves em sistemas de alta tens o devem ser observadas as caracter sticas do sistema em que elas ser o aplicadas e a fun o que devem desempenhar Entre as caracter sticas do sistema est o as de natureza t rmica el trica capacidade de condu o de correntes nominal e de curto circuito suportabilidade as solicita es diel tricas etc e as de natureza mec nica esfor os devidos s correntes de curto circuito ventos entre outros fatores e se a instala o ser feita em uma subesta o interna ou externa As chaves podem desempenhar nas subesta es diversas fun es sendo a mais comum a de secionamento de circuitos por necessidade operativa ou por necessidade de isolar componentes do sistema equipamentos barras v o ou linhas para a realiza o de manuten
75. limentadores interrompe totalmente o fornecimento de energia para os consumidores correspondentes Para solucionar isso pode usar o by pass uma chave em paralelo com o disjuntor que ligada para poder retirar o disjuntor para manuten o figura 34 Perde se a prote o do circuito e a seletividade isto a caracter stica de isolar somente o circuito defeituoso Desliga todos os circuitos O esquema barra simples utilizado em baixa e nas altas tens es s em etapas iniciais Tamb m em instala es industriais podemos encontrar esse tipo de arranjo FERE OE fame enem quem em E E Figura 34 Esquema de Barra Simples 15 13 os 12 Ee li ol e al 41 ae 42 33 43 Figura 35 Disjuntores no Esquema de Barra Simples 15 50 5 2 1 2 MANUTEN O NOS DISJUNTORES H a necessidade de desligamento total da subesta o para que seja aberta a chave referente ao disjuntor a ser reparado Atrav s da figura 35 abrem se as chaves 11 e 13 por exemplo para a manuten o no disjuntor 12 sempre atentando ao fato de que chaves n o podem ser abertas em carga Para a religa o do circuito primeiro se fecham as chaves para depois fechar o disjuntor 5 2 1 3 MANUTEN O NAS BARRAS Idem ao anterior pois h apenas um barramento de opera o Portanto devem se abrir todos os disjuntores depois as chaves para a sim ser realizada a manuten o Para a religa o procede se da mesma maneira qu
76. mais circuitos e a subesta o n o s o afetados 5 2 5 7 DEFEITO EM UMA BARRA Os circuitos ligados barra s o desernegizados por m n o se perde totalmente a subesta o A liga o dos circuitos desernegizados para a outra barra n o poss vel diretamente pois as barras n o est o mais sob mesmo m dulo de tens o fase e frequ ncia 5 2 6 BARRA DUPLA COM DISJUNTOR DUPLO Figura 46 Barra Dupla com Disjuntor Duplo 15 Possui n circuitos 2n disjuntores e 4n seccionadores como na figura 46 Tem a vantagem de ser um arranjo mais completo e muito mais flex vel e confi vel Todavia muito mais caro Sua aplica o se encontra nas instala es de grandes pot ncias UHV e grande necessidade de continuidade de fornecimento 61 Figura 47 Esquema de Disjuntores na Barra com Disjuntores Duplos 15 5 2 6 1 MANUTEN O NOS DISJUNTORES Esse esquema n o requer disjuntor de interliga o entre barras Para a manuten o de um disjuntor de um circuito basta abri lo e abrir suas chaves isoladoras pois a corrente continuar fluindo pelo outro ramo ligado outra barra Pode se realizar a manuten o de 2n 2 disjuntores figura 47 considerando n circuitos desde que seja um de cada dois disjuntores ligados a um circuito 5 2 6 2 MANUTEN O NAS BARRAS Basta apenas retirar de opera o todos os disjuntores ligados barra sob manuten o juntamente com suas chaves adjacentes 5 2 6 3 CONDI
77. manuten o em uma das barras Para isso verifica se o sincronismo entre as barras depois se fecha o disjuntor de interliga o entre as barras figura 44 e 45 52 4 barras ou 62 5 barras Os circuitos que est o na barra A e n o sofrer o manuten o dever o ser passados para a barra B fechando as chaves que transferem a barra 23 nas duas figuras por exemplo 44 e 45 e abrindo em seguida as chaves 21 nos dois desenhos A prote o dever ser transferida para os disjuntores de interliga o e em seguida se d o fechamento dos disjuntores de by pass do circuito a receber manuten o por exemplo 17 no arranjo de 4 chaves e 19 no de 5 chaves Finalmente abre se o disjuntor que vai ser submetido a receber manuten o e em seguida as suas chaves isoladoras 5 2 5 4 MANUTEN O NAS BARRAS Com manobras similares s descritas no item anterior deve se levar todos os circuitos para uma das barras para que a outras receba manuten o Devem ser fechadas as chaves de transfer ncia de barra ap s verifica o do sincronismo entre as barras e ent o abrir a liga o barra a sofrer manuten o 60 5 2 5 5 CONDI ES NORMAIS DE OPERA ES Bastante flexibilidade de opera o podendo passar circuitos de uma barra para outra sem o desligamento as duas barras s o energizadas e podem receber os circuitos 5 2 5 6 DEFEITO EM CIRCUITO A atua o da prote o tira o circuito de opera o por m os de
78. mente mostram que n o h necessidade de P ra raios em uma GIS no entanto muitos usu rios especificam a utiliza o de P ra raios em transformadores e conex es de cabo como uma abordagem mais conservadora Insulator Conductor Shield Enclosure nO element 82 Figura 64 P ra raios 1 6 8 CONTROLE DE SISTEMA O sistema de controle de uma subesta o a g s bastante similar s isoladas a ar atmosf rico com apenas algumas vari veis de diferen a como pontos de controle do g s A sala de controle de sistema na subesta o permite um controle de toda a opera o do sistema de forma remota podendo ser feito a manobra de chaves e disjuntores al m do gerenciamento de alertas figura 65 Para facilitar a opera o e conveni ncia na fia o do GIS de volta para a sala de controle da subesta o um fluoduto de controle local LCC Local Control Cabinet fornecido para cada a o de disjuntor As linhas de comunica o para o controle dos mecanismos de funcionamento dos interruptores auxiliares alarmes transformadores de correntes e de potencial s o levados a partir de m dulos de equipamentos da GIS para o LCC usando outros cabos de controle blindados multicondutores Al m de fornecer todos os terminais para a fia o da GIS a LCC tem um diagrama a fim de imitar a parte da GIS que est sendo controlada Associados com esse diagrama est o os interruptores de controle e indicadores de posi o p
79. nas a aa a ca bas sas aesads 18 Figura 60 Chaves de Terra uai as tidos a lr a Sd DU 18 Figura 61 Barramento de uma Subesta o a G s eee 19 Figura 02 ConexoOes AS Pose una alas aaa ai ass ada anta 80 Figura 63 Formas de Conex es Ar SFe ss eeeereeaeeeeanerenaee a renaneeanoo 81 FIQUIFaUOS Parataiso ra a e a e a e ad as te 82 Figura 65 Controle de Subesta es a G s eee meeereennrennno 84 Figura 66 Esquemas de Arranjos El tricos eee erre renan 85 Figura 67 Esquemas de Arranjos El tricos e eeeeeeeereereereeanea 86 Figura 68 Fluxograma Representativo de uma Automa o de Subesta o 90 Figura 69 Rel de Interface e ereeeererererera era cea cancer an erannanao 92 Figura 70 Rel Digital L90 da GE a EE E era ere EEEE 93 Figura 71 Esquema de Funcionamento de um PLC eee 99 Figura 72 Tela de um Sistema Unifilar de um Sistema SCADA 100 Figura 73 Registros Hist ricos de um RDP e eeeeerererareena 102 Figura 74 MUNIMETIDOTOS usaieuesigiss ss pn ist ads cima pe di ssin pic ei antes aiisan aa dE nda tas sines 102 Figura 75 GPS do Fabricante Reason errar erre ere aee 104 xii LISTA DE TABELAS Tabela 4 1 Classe de exatid o dos transformadores de corrente 22 Tabela 4 2 Valores acei
80. ns es de at 69 kV esta chave apresenta algumas desvantagens O movimento de abertura e de fechamento da l mina d se em um plano paralelo ao de montagem da chave onde um dos terminais se apoia na coluna rotativa o que exige uma articula o especial para n o introduzir esfor os sobre a linha As chaves de abertura lateral podem ter montagem horizontal vertical ou invertida sendo aplicadas para isolar equipamentos e circuitos para desvios ou como chave seletora 36 Figura 27 Chave Tipo Abertura Lateral 14 4 3 3 5 ABERTURA CENTRAL ANSI 26 TIPO E ABNT 16 TIPO AC A chave secionadora com abertura central composta por duas colunas de isoladores ambas rotativas e ligadas a uma nica base figura 28 O movimento de abertura e fechamento da l mina secionado em duas partes fixadas ao topo das colunas rotativas ficando o contato macho na extremidade de uma das partes da l mina e a f mea na outra Essa chave tem uma maior dist ncia entre os polos se comparada com o tipo A Esse tipo de chave tem montagem horizontal ou vertical sendo aplicada para equipamentos e circuitos para desvio ou como chave seletora Uma desvantagem dessas chaves que pelo fato de os terminais se apoiarem nas colunas rotativas exige as articula es para n o introduzir esfor os nas linhas pijo fi BHARA Figura 28 Chave tipo abertura central 14 37 4 3 3 6 ABERTURA SIMPLIFICADA ANSI 2
81. ntores O sistema de controle respons vel pela supervis o dos diversas componentes da subesta o Ao conjunto de equipamentos que realizam essas fun es atribu da a designa o de SCADA Esse sistema possui algumas caracter sticas particulares como as fun es de monitoramento registro de dados l gicas de intertravamento alarmes e comando remoto 7 4 EQUIPAMENTOS 91 7 4 1 REL S Um rel um interruptor acionado eletricamente A movimenta o f sica deste interruptor ocorre quando a corrente el trica percorre as espiras da bobina do rel criando assim um campo magn tico que por sua vez atrai a alavanca respons vel pela mudan a do estado dos contatos O rel um dispositivo eletromec nico ou n o com in meras aplica es poss veis em comuta o de contatos el tricos servindo para ligar ou desligar dispositivos normal o rel estar ligado a dois circuitos el tricos No caso do rel eletromec nico a comuta o realizada alimentando se a bobina do mesmo Quando uma corrente originada no primeiro circuito passa pela bobina um campo magn tico gerado acionando o rel e possibilitando o funcionamento do segundo circuito Sendo assim uma das aplicabilidades do rel utilizar se de baixas correntes para o comando no primeiro circuito protegendo o operador das poss veis altas correntes que ir o circular no segundo circuito contatos A mudan a de estado dos contatos de um rel ocorr
82. o esses inv lucros s o pintados por dentro e por fora para prevenir a oxida o Os de alum nio n o apresentam esse problema e por isso n o precisam ser pintados mas podem ser pintados para maior facilidade de limpeza e uma melhor apar ncia Os requisitos de n vel de press o m ximos para os fluodutos das GIS s o definidos pelos padr es da subesta o onde esses s o definidos pelo projeto pela fatura o e atrav s de testes a seguir um padr o estabelecido por normas que diferem de acordo com o pa s de fabrica o Os condutores que s o usados nas subesta es a g s s o constitu dos principalmente de alum nio O cobre as vezes usado Tamb m comum superf cies 73 de prata para a condu o de correntes Para unir os condutores juntas aparafusadas e contatos el tricos s o usados nas suas v rias se es Os isoladores nas G S s o feitos de um material muito cheio de resina ep xi e com muito cuidado para prevenir a forma o de vazios e rachaduras durante suas a es A fabrica o de cada um desses isoladores para essas subesta es foi desenvolvida para otimiza lo de apoio em termos de distribui o de campo el trico resist ncia mec nica resist ncia a descargas el tricas de superf cie e a conveni ncia de fabrica o e montagem Quanto aos tipos de isoladores usados os do tipo disco e cones s o os principais recomend vel a execu o de ensaios de qualidade para os suporte dos isolad
83. o por exemplo Neste ultimo caso as chaves abertas que isolam o componente em manuten o devem ter uma suportabilidade entre terminais s solicita es diel tricas de modo que o pessoal de campo possa executar o servi o de manuten o em condi es adequadas de seguran a Como vimos antes as chaves s o classificadas de acordo com a fun o que desempenham 4 3 2 1 SECIONADORAS A caracter stica b sica das secionadoras o compromisso de opera o em n veis de tens o insignificantes entre os seus terminais ou no caso de restabelecimento e de interrup o de baixas correntes Tem como principais fun es o by pass onde executa um desvio em equipamentos que necessitam de manuten o ou por alguma imposi o de opera o do sistema isolamento de qualquer componente do sistema el trico quando necess rio e por fim para manobras de circuito no sistema 4 3 2 2 CHAVES DE TERRA OU CHAVE DE ATERRAMENTO As chaves de terra ou de aterramento s o necess rias devido a diversos componentes do sistema el trico n o serem aterrados como por exemplo banco de capacitores em deriva o barramentos ou linhas de transmiss o Segundo a ABNT 16 IEC 25 s o dispositivos dotados de um sistema de acionamento r pido preparados para atuar em situa es de emerg ncia capazes de suportar por um per odo especificado de tempo correntes em condi es anormais 31 como correntes de curto circuito mas n o s o cap
84. o a ser implementado nos sistemas do pa s 105 8 CONCLUS O Conforme descrito no cap tulo 1 os objetivos deste trabalho s o fornecer aos futuros engenheiros el tricos um material atualizado nico e conciso dando lhes condi es de entrarem no mercado de trabalho com um maior conhecimento sobre as subesta es suas classifica es seus arranjos controle e prote o Este trabalho procurou organizar o material encontrado em livros notas de aulas e outros projetos de conclus o de curso Chaves El tricas do Rafael Medeiros e Disjuntores do Andr Lawson permitindo que essas informa es antes dispersas em diversos lugares pudessem ser reunidas em um nico exemplar Portanto assim como foi feito por mim outras pessoas dever o fazer o mesmo no futuro atualizando esse material de forma a incorporar novas tecnologias e conhecimentos para proporcionar aos estudantes uma melhoria constante no material por eles utilizado e ajud los a enfrentar o mercado de trabalho ou a direcionar seus futuros estudos 106 9 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS 1 MCDONALD JOHN D Electric Power Substations Engineering 2 How Stuffs Works http ciencia hsw uol com br redes eletricas4 htm 26 02 2012 3 http mvainstal com br projeto mva publica last index php 20 02 2012 4 http www efacec pt presentationLayer efacec competencias 00 aspx idiom a 1 amp area 2 amp local 56 26 02 2012 5 http www quimica com br
85. o n do arranjo do anel A sa da ligada a este e seus disjuntores e chaves adjacentes s o abertos ent o necessariamente um circuito sai de opera o 5 2 9 3 CONDI ES NORMAIS DE OPERA ES Similar ao anel simples por m com ainda mais caminhos poss veis para a corrente tornando o sistema mais confi vel A visualiza o operacional aqui mais complexa pois cada disjuntor est ligado a duas sa das com algumas sa das ligadas at a tr s disjuntores 5 2 9 4 DEFEITO EM CIRCUITO Semelhante ao do arranjo em Anel Simples 5 2 9 5 DEFEITO EM UMA BARRA Semelhante ao do arranjo em Anel Simples 5 3 COMPARA ES Ap s descrever os diversos arranjos poss vel montar uma tabela comparando as principais caracter sticas de uma subesta o Tabela 6 1 Compara es de confiabilidade x custo x rea dispon vel dos arranjos das subesta es 16 Arranjo Confiabilidade Custo rea Dispon vel Barra Menor Confiabilidade Falhas Menor Custo e Menor rea e Simples simples podem ocasionar o menor n mero de menor n mero de desligamento da SE componentes componentes Barra Baixa confiabilidade Custo Moderado Pequena rea e Principal e semelhante da barra e poucos poucos Transfer ncia simples por m uma melhor componentes componentes flexibilidade na opera o e 68 Barra Dupla Disjuntor Simples Barra Dupla Disjuntor Duplo Barra Dupla Disjuntor e Meio Barra em Anel manuten
86. o percurso entre as usinas e as cidades a eletricidade passa por diversas subesta es onde os transformadores aumentam ou diminuem a sua tens o Ao elevar a tens o el trica no in cio da transmiss o os transformadores evitam a perda excessiva de energia ao longo do caminho J ao rebaixarem a tens o el trica perto dos centros urbanos permitem a distribui o da energia por toda a cidade 2 2 MACRO CLASSIFICA ES DE UMA SUBESTA O A constru o de novas subesta es e amplia o das instala es existentes s o projetos comuns em empresas de energia el trica Engloba um complexo processo e por isso necessita de um grande n mero de profissionais altamente capacitados para que o mesmo possa ser conclu do com xito Segundo o livro Electric Power Substations Engineering 1 Existem quatro tipos principais de subesta es el tricas O primeiro tipo s o as switchyard Estas instala es conectam os geradores rede el trica e tamb m fornecem energia em offsite para a planta As switchyards tendem a ser grandes instala es e est o sujeitas ao planejamento s finan as e aos esfor os de constru o diferentes dos projetos de subesta es de rotina Outro tipo de subesta o normalmente conhecido como a subesta o do cliente Este tipo possui um cliente particular como a principal fonte de fornecimento de energia Os requisitos t cnicos e o tipo de constru o dessa instala o podem variar bastante
87. o que as falhas internas n o s o auto corrig veis ent o nesses casos o religamento n o deve ser usado para faltas internas ao GIS Cuidados especiais devem ser tomados para desconectar e opera o da chave de terra porque se essas s o abertas com corrente de carga fluindo ou fechadas em carga ou falha de corrente o arco entre os contatos da chave m veis e estacion rios geralmente causam uma falta fase fase nas tr s fases que estiverem no mesmo fluoduto da GIS se for um caso de um fluoduto trif sico ou a uma falha fase terra em uma nica fase do fluoduto da GIS se for o caso de um fluoduto monof sico A falha interna ir causar danos graves no interior de uma subesta o a g s Um interruptor de uma GIS n o pode ser t o facilmente ou rapidamente substitu do como um interruptor de uma subesta o a ar seria Haver tamb m um aumento de press o no compartimento de g s da G S devido ao aumento de temperatura que o arco provoca no g s Em casos extremos o arco interno far com que um disco de ruptura opere ou at cause uma queimadura atrav s do fluoduto Com consequente liberta o de calor o g s SFs decomposto pode causar ferimentos graves para o pessoal nas proximidades Para seguran a do pessoal travas de seguran a s o fornecidos para que o disjuntor deva ser aberto antes de um associado interruptor seja aberto ou 87 fechado e al m disso o interruptor deve ser aberto antes das chaves de terra associ
88. olamento e com o enrolamento secund rio curto circuitado 4 1 3 8 CORRENTE DIN MICA NOMINAL Valor de crista da corrente prim ria que um transformador de corrente capaz de suportar durante o primeiro meio ciclo com o enrolamento secund rio curto circuitado sem danos devido s for as eletromagn ticas resultantes igual a 2 5 vezes o valor da corrente t rmica nominal 4 1 3 9 POLARIDADE Os transformadores de corrente s o identificados nos terminais de liga o prim rio e secund rio por letras que indicam a polaridade para a qual foram constru dos e que pode ser positiva ou negativa S o empregados as letras com seus ndices P1 P2 e S1 S2 Diz se que o transformador de corrente tem polaridade subtrativa por exemplo quando a onda de corrente num determinado instante percorre o circuito prim rio de P1 para P2 e a onda de corrente correspondente no secund rio assume a trajet ria de S1 para S2 Caso contr rio diz se que o TC tem polaridade aditiva A maioria dos transformadores de corrente tem polaridade subtrativa sendo inclusive indicado pela NBR6856 que por defini o prioriza sua fabrica o Somente sob encomenda s o fabricados transformadores de corrente com polaridade aditiva 4 2 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Os transformadores de potencial t m a fun o de possibilitar a medi o de tens o em sistemas com tens o acima de 600 V Eles possuem uma filosofia de funcionamento an logo ao dos tran
89. omf A TC de medi o 4 Hinom 20 NMnom Corrente no Prim rio A Figura 14 Curva da Corrente do Transformador 13 4 1 2 TIPO DE CONSTRU O MEC NICA Segundo a ABNT e a ANSI os transformadores de corrente s o classificados quanto ao tipo de constru o mec nica 4 1 2 1 TIPO PRIM RIO ENROLADO Transformador de corrente que possui os enrolamentos prim rios e secund rios isolados e permanentemente montados no n cleo figura 15 Para esse tipo de transformador o prim rio normalmente constitu do por v rias espiras por m em alguns casos pode ser formada por uma nica espira O tipo prim rio enrolado mais usualmente utilizado para servi os de medi o mas pode tamb m ser usado para servi os de prote o onde pequenas rela es s o requeridas 17 D Figura 15 Tipo Enrolado 18 4 1 2 2 TIPO BARRA Nesse caso o transformador tem o secund rio completamente isolado e permanentemente montado no n cleo por m n o possui enrolamento prim rio figura 16 BARRA FIXA Figura16 Tipo Barra 18 4 1 2 3 TIPO JANELA Assim como no tipo barra n o possui o prim rio e constitu do de uma abertura atrav s do n cleo por onde passa o condutor que seria do prim rio A figura 17 ilustra esse transformador 18 Figura1 Tipo Janela 19 4 1 2 4 TiPO BUCHA uma deriva o especial do transformador do tipo janela Foi feito para se instalar na bucha de um equipamen
90. ontidas em inv lucros met licos Tamb m est dispon vel em n veis de tens o de at 500 kV J a desvantagem est no fato de necessita de instrumentos e equipamentos especiais para manusear o SFs pessoal com treinamento especializado bem como as opera es de chaveamento e manobra n o podem ser visualizadas apenas supervisionadas por indicadores 13 Figura 12 Subesta o Blindada 11 3 6 QUANTO MODALIDADE DE COMANDO Podem ser classificadas como com operador semiautomatizadas e automatizadas 3 6 1 SUBESTA ES COM OPERADOR Exigem alto n vel de treinamento de pessoal e uso de computadores na supervis o e opera o S se justificam para instala es de maior porte 3 6 2 SEMIAUTOMATIZADAS Possuem computadores ou Intertravamentos eletromec nicos que impedem opera es indevidas por parte do operador local 3 6 3 AUTOMATIZADAS S o supervisionadas dist ncia por interm dio de computadores telecomandadas 14 4 TIPOS DE EQUIPAMENTOS DE UMA SUBESTA O Uma subesta o composta por diversos equipamentos dentre eles se destacam os disjuntores chaves secionadoras transformadores rel s Controladores L gicos Program veis P ra raios e resistores de aterramento Nesse capitulo ser abordado um pouco mais desses principais equipamentos das subesta es 4 1 TRANSFORMADORES DE CORRENTE Devido ao grande desenvolvimento das tecnologias de gera o e distribui o de energia
91. ores nos quais s o realizados testes para suportar uma frequ ncia de alta tens o As experi ncias t m demonstrado que o limite da tens o no interior do isolador deve estar abaixo de certo n vel para evitar o envelhecimento de seu material diel trico Como foi explicado anteriormente no interior do recinto o g s seco e inerte o que sujeita ao envelhecimento N o h exposi o de qualquer um dos materiais internos luz solar As veda es do fluoduto s o projetadas para estar em excelente condi o tendo sempre um duplo selo no sistema como mostra a figura 55 Key O Circuit breaker O Dixoanector isolator O Esrthing pounding sestch O Current transformer O Cibie pesling end chamber O Gus darrier o O Supporting insutator O Main dudar ES Live parts BM imsutscors SF ps MM Current transformer iogures O Ex MAIN BUS OPTION 74 GAS SEAL FOR GIS ENCLOSURE Silicone Rubber Sealant From O Ring Out O ring is primary seal A Flange Silicone rubber Enclosure sealant is backup seal and protects O ring and flange surfaces Insulation Spacer Figura 55 Fluoduto de uma Subesta o a G s SFe 1 6 4 EQUIPAMENTOS NAS SUBESTA ES A G S 6 4 1 DISJUNTORES As subesta es isoladas a g s utilizam essencialmente os mesmos tanques de disjuntores SFs usados nas subesta es isoladas a ar atmosf rico Por m nessas subesta es em vez de t
92. os de uma forma eletricamente cont nua tanto pelas suas articula es como tamb m com os flanges como bons contatos el tricos em si ou com shunts externos aparafusados aos flanges ou a eletrodos de aterramento na caixa 86 Embora algumas subesta es com fluodutos nicos quando as tr s fases est o no mesmo fluoduto sejam aterradas em um nico ponto para evitar que as correntes circulantes fluam nos recintos hoje a pr tica universal a utiliza o de multiponto terra mesmo que isso leve a algumas perdas el tricas nos recintos devido as correntes que circulam Nesse caso os tr s fluodutos de um G S devem ser colados uma ao lado da outra para incentivar as correntes que circulam a fluir Estas correntes que circulam nos fluodutos agem para cancelar o campo magn tico que existiria de outra forma fora do recinto devido ao condutor de corrente No caso do fluoduto trif sico fluoduto nico ele n o tem circula o de correntes mas tem correntes parasitas no recinto e tamb m deve ser aterrado em multipontos Com o aterramento de multipontos resulta muitos caminhos paralelos para que a corrente de uma falha interna possa fluir para as malhas de aterramento da subesta o 6 12 OPERA ES DE INTERTRAVAMENTO Opera o de uma subesta o a g s em termos de fornecimento e monitoramento controle e prote o do sistema el trico como um todo praticamente similar ao de uma subesta o a ar atmosf rico excet
93. os s o controladas por escudos internos de metal formando um dispositivo anticorona As buchas das conex es Ar SFe de alta tens o tamb m usam esses escudos externos onde o g s SFs dentro da bucha est geralmente na mesma press o que o resto da GIS PAD TO AIR BUS LINE E TOP PLATE ELECTRIC SEO FIELD GRADING RING FLANGE CEMENTED TO si FA le PORCELAIN SHELL Ay gt dd dd y HOLLOW PORCELAIN SHELL WITH SHEDS a D O rsss ESMP A GRADING TUBE RING ma LOWER PLATE SEALS AOS BOLTS TO GIS BUS Figura 62 Conex es Ar SFs 1 80 6 6 1 FORMAS DE CONEX O A liga o de uma linha a uma GIS composta por um conjunto de conectores que est instalado no cabo para proporcionar uma barreira f sica entre o diel trico do cabo e do g s SFs na GIS figura 63 Esse conjunto de conectores da linha tamb m fornece uma distribui o de campo el trico apropriado No lado da subesta o uma liga o remov vel conecta o cabo ao condutor da subesta o conduzindo corrente BOLTED CONNECTION TO GIS ADAPTOR VOLTAGE SHIELD OIL VENT VALVE ABLE CONDUCTOR COMPRESSION FITTING CABLE CONDUCTORINSULATION BUSHING SHELL SEPARATES SF6 OIL VOLTAGE GRADING STRESS CONE BOLTED BASE PLATE FOR CONNECTING GIS ENCLOSURE CABLE GROUND SHIELD OIL UP TO 300 PSIG SEMI STOP JOINT ALSO HOLDS CABLE NSULATOR IN CABLE GROUNDED SHEATH MOUN
94. pois depende muito dos requisitos do cliente mais do que nas necessidades dos servi os p blicos O terceiro tipo de subesta o envolve uma transfer ncia de em massa de energia por toda a rede e referido como uma esta o de comuta o Estas esta es maiores geralmente servem como os pontos finais de linhas de transmiss o provenientes das subesta es switchyards Fornecem a energia el trica para os circuitos que alimentam as esta es de distribui o e s o essenciais para a confiabilidade em longo prazo e para integridade do sistema el trico Tamb m permitem que grandes blocos de energia possam ser movidos por geradores aos 4 centros de carga Essas esta es de comuta o s o instala es estrat gicas e geralmente muito caras para se construir e se manter O quarto e ltimo tipo de subesta o a de distribui o Estes s o os tipos mais comuns em sistemas de energia el trica e fornecem os circuitos de distribui o que abastecem diretamente a clientes diversos Eles est o normalmente localizados perto dos centros de carga o que significa que geralmente est o localizados dentro ou perto das regi es que eles fornecem 3 CLASSIFICA O DAS SUBESTA ES As classifica es mostradas nesse cap tulo s o baseadas nas notas de aulas de subesta es el tricas do professor Ivan Hersterg Com isso as subesta es podem ser classificadas como 3 1 QUANTO AO N VEL DE TENS O Podem ser classificadas
95. r 66 5 2 8 4 DEFEITO EM CIRCUITO H a perda de dois disjuntores adjacentes mas ainda assim os outros circuitos n o s o desligados Deve se lembrar no entanto a observa o acima sobre n o se aplicar o esquema a muitos circuitos para evitar perturba es ao sistema 5 2 8 5 DEFEITO EM UMA BARRA Para o caso de um defeito no n h a perda de dois disjuntores adjacentes tirando o circuito ligado ao n mas os demais se mant m energizados 5 2 9 AN IS M LTIPLOS 13 14 2 24 33 34 4 11 31y 61 42 52 62 43 53 63 E mtas eo se i 102 Cn a 94 104 y 64 Figura 52 Esquema de an is m ltiplos 15 Esse esquema possui as mesmas caracter sticas do esquema de anel simples figura 51 com a diferen a de permitir uma maior variedade de opera es entre os an is em desenergizar o sistema Tal esquema facilita a expans o da subesta o figura 52 5 2 9 1 MANUTEN O NOS DISJUNTORES Caracter sticas semelhantes ao do anel simples por m com mais confiabilidade pois h ainda mais caminhos poss veis para a corrente trazendo tranquilidade para a opera o de manuten o de um disjuntor Entretanto deve ser observada a quest o de um n mero n o muito grande de circuitos para evitar 67 situa es como o desligamento de um disjuntor com outro j fora de servi o manuten o dividindo o anel em duas partes 5 2 9 2 MANUTEN O NAS BARRAS Manuten o feita n
96. ransformadores qe corrente anil ian ie a ic ES ao sb 15 4 2 Transformadores qe Potencial sata susunsisenaiinssdas sacas dessa DEAL a a 24 ES SSeCIONAdORES asas ii ni a UR E O aa da 30 AAs JDISJUNLOROS sua eia O Ea e a 42 DS Paradas a a E DS N 46 4 6 Resistores de Aterramento issu ssa e A dan ida dad 47 5 Subesta es Isoladas a Ar Atmosf rico cciis is rrreeerrereran seram eran ceras eeanseeanea 49 DE MOCIDADE 49 5 2 Esquemas El tricos An lises e Compara es ceeeeeeeeerererenses 49 53 COMPARA ES pan nana n AERO E 68 o Subesta es Isoldgas TGAS EE isa Ea EA 70 G1 INOU IOs e UE ia sa tas da 70 Bo GASES a po PEE E E A E E A E E EE A E A 70 6 3 Constru o e Servi os das Subesta es a GS essesssssressresrrerersersresrerrrrseres 72 6 4 Equipamentos nas Subesta es a G s essssssesssssrrsreserrsrerrresrrsrrrsersresrrrrreseeee 75 O Ps BIN aain T S 79 660 ConexoesS RAM n a N a e a AS 79 67 PRIO a a 82 66 Controle desi teM srn a E E ET 83 6 9 Sistema de Monitoramento de G s ssssesssssseessserrssserrssseresesseresseeesessrersseses 84 GO JAmaniosEIQUICOS suas ros eia ata SU 85 611 ALELPAMENTO sacas RA a e aa 86 6 12 Opera es d Int rtravam ntOeianiresini ninnan ia en aaa 87 6 13 Vantagens Econ micas das Subesta es a G s s ssssssseesserssrrssereserssersserse 88 7 Automa o de subesta es para servi os de controle e prote o
97. rcuito de uma Chave de Aterramento R pido i 33 Foura 24 Abertura Vernical aiieieo aa dades o Mat rs e aid Rasa aaa SE 34 Figura 25 Chave de Dupla Abertura Lateral eee 35 Figura 26 Chave Tipo Basculante ereta rere rea A 36 Figura 27 Chave Tipo Abertura Lateral eee eee rere rrenan 37 Figura 28 Chave tipo abertura central eee eee eeeereneeaos 37 Figura 29 Chave tipo abertura simplificada ii seres 38 Figura 30 Com Vara de Manobra eee eee ereee eee ree arena aran 39 Figura 31 Chave com Fechamento ou Alcance Vertical ii ii 39 Figura 32 Chave Semi PantograliCa unas essas aos alados cestas asaatE qual Sac sn dana ad 40 Figura 33 Barfa SIMbIES assess ar ih T nda apo a Ei ES Capeia 49 Figura 34 Esquema de Barra Simples eres eerrene erre re nana 50 Figura 35 Disjuntores no Esquema de Barra Simples 50 Figura 36 Barra Simples Seccionada eeeeerererererenera rea acer eraneenas 52 Figura 37 Disjuntores no Esquema de Barra Simples Seccionada 23 Figura 38 Esquema de Barra Principal e Transfer ncia m 54 Figura 39 Disjuntores no Esquema de Barra Principal e Transfer ncia 55 Figura 40 Esquema de Barra Dupla com Disjuntor Simples 56 Figura 41
98. res podem ser ligados diretamente terra ou atrav s de resist ncias ou de reat ncias indutivas Em subesta es industriais o neutro do transformador solidamente aterrado quando seu secund rio for o lado de baixa tens o Entretanto quando o secund rio for em m dia tens o 2 4 a 15 kV comum aterrar o neutro do transformador atrav s de resistor de aterramento podendo assim obter mais vantagens Tabela 4 9 M todos de aterramento de acordo com os n veis de tens o 1 Sistemas At 600V De24a13 8V Acimade22kV M todo de Solidamente Na maioria dos Solidamente Aterramento Aterrado casos com Aterrado resistor aterrado 48 5 SUBESTA ES ISOLADAS A AR ATMOSF RICO 5 1 INTRODU O As subesta es isoladas a ar atmosf rico s o normalmente relacionados por normas ABNT baseadas na temperatura ambiente e nas altitudes A temperatura ambiente geralmente classificada em uma faixa de 40 C a 40 C para os equipamentos isolados a ar e para as altitudes acima de 1 000 metros 3 300 p s pode se requerer uma redu o de capacidade Em altitudes mais elevadas a densidade do ar diminui da a rigidez diel trica que o valor limite de campo el trico aplicado sobre a espessura do material isolante kV mm tamb m reduzida e a classifica o do equipamento antes baseada em uma altura inferior alterada As folgas operacionais devem ser aumentadas para compensar a redu o na rigidez diel trica do ar
99. revista qd47ffrio oil gasfrio oil04 html 26 02 2012 6 http finnovent eu index 26 02 2012 7 http m albernaz sites uol com br distribuicaoee htm 26 02 2012 8 Eletrobr s Distribui o Alagoas http www ceal com br noticias detalhe aspx codigo 540 26 02 2012 9 Automa o de Subesta es Telvent S A 10 Weg http www weg net br Media Center Noticias Produtos e Solucoes Nova fabrica da Votorantim em SC conta com solucoes WEG 26 02 2012 11 UHE Igarapava http www uhe igarapava com br zpublisher materias a usina asp id 2 26 02 2012 12 Celesc Distribui o S A http portal celesc com br portal grandesclientes index php 26 02 2012 13 SOUSA JORGE NEM SIO Transformadores de Corrente 14 SOUSA JORGE NEM SIO Transformadores de Potencial 15 LASPOT UFSC http www labspot ufsc br jackie eel 821 Jackie pdf 26 20 2012 10 Herszterg Ivan Notas de Aula 17 Wikipedia http en wikipedia org wiki Sulfur hexafluoride 26 20 2012 18 CENTRO FEDERAL DE EDUCA O TECNOL GICA CELSO SUCKOW DA FONSECA Subesta es Tipos Equipamentos e Prote o 107 19 BevareSul http www bevaresul com br site content produtos produto detalhe asp Produto 769 26 20 2012 20 Toshiba http Awww toshiba tds com tandd products giswitchgear pt gis252 htm 26 20 2012 21 Chaves El tricas MEDEIROS RAFAEL 22 Disjuntores LAWSON ANDR 108
100. ries Os abrigos podem ser uma edifica o ou uma c mara subterr nea figura 10 Subesta es abrigadas podem consistir de cabines met licas al m de isoladas a g s tal como o hexafluoreto de enxofre SFe 11 Figura 10 Subesta o Interna 9 3 5 QUANTO AO TIPO CONSTRUTIVO DE EQUIPAMENTOS Podem ser classificadas em convencionais em cabine met lica ou blindadas S o diferenciadas de acordo com sua pot ncia instalada configura o construtiva e fun o no sistema 3 5 1 CONVENCIONAIS Foram as primeiras a serem utilizadas e s o usadas com maior incid ncia As subesta es convencionais s o instaladas a c u aberto e t m o ar como meio isolante entre os diversos equipamentos Por isso ocupam grande espa o f sico Com o passar dos anos e em decorr ncia do crescimento das aglomera es urbanas detectou se a necessidade de criar subesta es menores e mais compactas 12 Figura 11 Subesta o Convencional 3 5 2 CABINE MET LICA OU BLINDADA Nesse caso com um meio isolante diferente do ar a melhor alternativa encontrada foi o g s hexafluoreto de enxofre SFs Nasciam as subesta es blindadas onde o isolamento com SFs feito em ambiente fechado e blindado o que permite compactar a instala o figura 12 A vantagem da subesta o blindada o espa o reduzido podendo chegar a at 10 de uma SE convencional Al m disso h baixa manuten o e a opera o segura inteiramente c
101. rs J indicam Ed TG ER or l PLC aN TT and Reco vo rotective Annunciator in N Meters Y X ducers Relays and SOE Boba Recorder interposer Revenue Substation CTs and PTs CTs and PTs 7 Interface Power Equipment and Controls Figura 68 Fluxograma Representativo de uma Automa o de Subesta o 9 Sendo assim um sistema de automa o integrado de controle e prote o de uma subesta o aparece com a finalidade de fornecer maiores recursos de opera o e manuten o para a mesmo Aumentado principalmente sua seguran a e confiabilidade 7 2 CONSIDERA ES F SICAS 7 2 1 COMPONENTES DO SISTEMA DE AUTOMA O As concession rias de energia el trica utilizam o sistema de automa o com uma variedade de dispositivos integrados atrav s de um pacote funcional de tecnologia de comunica o com finalidades de monitoramento e controle da subesta o Esses sistemas s o realizados atrav s de microprocessadores ou dispositivos eletr nicos inteligentes IEDs que fornecem os insumos e produtos necess rios para o sistema Os IEDs mais comuns s o os rel s de prote o os controladores l gicos program veis CLP e os controladores de pot ncia Outros dispositivos tamb m podem estar presentes dedicados a fun es espec ficas dentro do sistema Estes podem incluir transdutores monitores de posi o e grupos de rel s de interposi o 90 O sistema de automa o tipicamente tem uma o
102. s das c maras de ar comprimido armazenadas num reservat rio pressurizado que sopram sobre a regi o entre os contatos determinando o resfriamento do arco e sua compress o A reigni o do arco em 44 seguida ocorr ncia de um zero de corrente prevenida pela exaust o dos produtos ionizados do arco da regi o entre os contatos pelo sopro de ar comprimido A intensidade e a rapidez do sopro de ar garantem o sucesso dos disjuntores nas corridas energ ticas libera o x absor o de energia e diel trica tens o de restabelecimento x suportabilidade diel trica O sopro de ar renova o diel trico e ajuda a diminuir a temperatura na regi o do arco O aumento da densidade do ar melhora a sua rigidez diel trica e a sua capacidade t rmica nestas condi es a dissipa o de calor e a recombina o de el trons e ons se realizam mais rapidamente a constante de tempo de desioniza o menor A desioniza o t o forte que o arco se extingue logo que passa pelo zero de corrente A velocidade do ar no bocal do contato do disjuntor igual velocidade do som quando a rela o entre a press o do ar no reservat rio de ar comprimido e do ar ambiente for igual ou maior que 2 Portanto o ar comprimido soprado longitudinalmente contra o arco oferecendo condi es adequadas para extin o Os tipos originais de disjuntor a ar comprimido possu am uma chave isoladora em s rie com as c maras de interrup o Ap s um
103. separado em duas se es Para efetuar a manuten o num dado equipamento a prote o deixar de atuar durante esse per odo e a falha no disjuntor durante uma falta em um dos circuitos causar perda de um circuito adicional pois um disjuntor j est fora de opera o 65 Figura 51 Disjuntores no Esquema de Anel Simples 15 5 2 8 1 MANUTEN O NOS DISJUNTORES Poss vel sem desligamento do circuito ilustrado na figura 51 bastando apenas ligar o circuito ao outro ramo do anel e fazendo as opera es padr o para manuten o j bastante descritas aqui Aqui h a necessidade de secionadores de isolamento em todas as sa das para permitir a recomposi o do anel caso seja necess rio deixar uma sa da desligada provisoriamente 5 2 8 2 MANUTEN O NAS BARRAS Manuten o feita no n do arranjo do anel A sa da ligada a este e seus disjuntores e chaves adjacentes s o abertos ent o necessariamente um circuito sai de opera o 5 2 8 3 CONDI ES NORMAIS DE OPERA ES Cada circuito possui apenas um disjuntor por m mais de um caminho poss vel pelo fato da configura o ser em anel O esquema aplic vel a um pequeno n mero de circuitos porque com a manuten o de um disjuntor a abertura de outro disjuntor n o adjacente abre o anel podendo causar s rias perturba es no sistema Os elementos nesse arranjo devem suportar a corrente total da instala o e n o a de cada sa da em particula
104. sformadores de corrente fornecendo uma tens o proporcional aos circuitos de alta tens o que est o sendo medidos 24 Para exercer sua fun o os transformadores de potencial devem ter as seguintes caracter sticas Erro m nimo na rela o de transforma o e no ngulo de fase e A queda de potencial a partir do regime em vazio at a plena carga deve ser muito pequena e Isolar o circuito de baixa tens o do circuito de alta tens o e Reproduzir os efeitos transit rios e de regime do circuito de alta tens o para o circuito de baixa o mais fielmente poss vel Esses transformadores de potencial tamb m possuem a mesma metodologia dos transformadores de potencia ou for a A pot ncia por m neste caso menor e tem origem de instrumentos de medi o e prote o e s o constru dos de forma a atender os requisitos necess rios No seu dimensionamento n o h a necessidade de se considerar todos os fatores observados no dimensionamento dos transformadores de corrente pois sua liga o em paralelo com a rede faz com que a corrente de curto n o tenha a mesma influ ncia como no TC s Como resultado dessa liga o em paralelo resulta uma constru o onde menores precau es s o necess rias e o fato que para fins de medi o a precis o deve ser mantida em todas as leituras Esta condi o bem mais f cil de ser satisfeita no caso da medi o de tens o pois a sua faixa de varia o bem menor do que
105. ss ria uma reconstitui o do mesmo na GIS Por m mesmo assim alguns subprodutos s o formados dessa decomposi o como alguns contaminates mas sendo em uma quantidade muito pequena Para evitar o ac mulo dessas subst ncias residuais da decomposi o do g s usada uma peneira especial no interior da GIS para filtrar alguns desses subprodutos reativos Deve se tomar cuidado para que o vapor d gua n o entre em contato com a superf cie de alguns equipamentos pois a combina o de vapor d gua e SFs em decomposi o possibilita a forma o de liga es corrosivas como cido fluor drico que sob certas circunst ncias causa altera es prejudiciais das superf cies de contato e de alguns isoladores podendo causar uma ruptura diel trica no meio Essas part culas s o movidas pelo campo el trico para regi es de maior potencial possivelmente no interior do equipamento ou depositada ao longo da superf cie dos isoladores levando ent o ruptura diel trica nos n veis de tens o de opera o Por este motivo o meio no interior da subesta o deve estar suficientemente seco No entanto se o g s condensa na forma de gelo a tens o de ruptura n o afetada Por isso pontos condensados do g s no equipamento precisam estar abaixo 11 de aproximadamente 10 C Como margem adicional os n veis de menos de 1 000 ppm v de umidade s o geralmente especificados e f ceis de obter a manipula o Os mat
106. t veis e recomend veis de classe de exatid o 23 Tabela 4 3 Cargas nominais para TCs de 5A de corrente secund ria pela ABNT 23 Tabela 4 4 Classe de exatid o dos transformadores de Potencial 21 Tabela 4 5 Cargas NOMINAIS oerien a A T 28 Tabela 4 6 Caracter sticas a 60Hz e 120V eee erra 28 Tabela 4 7 Caracter sticas a 60HZ e 09 3V eee ren er ana 29 Tabela 4 8 Dimensionamento dos elos fus veis prim rios para SE s de 13 8 kV 42 Tabela 4 9 M todos de aterramento de acordo com os n veis de tens o 48 Tabela 5 1 Compara es de confiabilidade x custo x rea dispon vel dos arranjos das SUDESTA ES a ss as sa aa a Si id 68 Tabela 7 1 Tabela ANSI de Prote o snenensnsenenennensnerrrrernrrrrnrerrernrrrrrrsrerrrrererrrrerne 93 xili C O A ABNT AC ou CA ANSI atm bar DC ou CC HP Hz IEC IEEE m NBR SFe TTR ou TRV V W Lbs LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS grau Celsius Unidade de temperatura Ohm Unidade de resist ncia Ampere Unidade de corrente el trica Associa o Brasileira de Normas T cnicas Corrente alternada American National Standards Institute Atmosfera Unidade de press o Bar Unidade de press o correspondente a 0 987 atm Corrente cont nua Horse Power Unidade de medida de pot ncia correspondente a 745 7 W Hertz Unidade de frequ ncia Int
107. temos maior continuidade no fornecimento maior facilidade de execu o dos servi os de manuten o e em caso de falha da barra somente ser o desligados os consumidores ligados a essa se o da barra Por m ainda n o se pode transferir uma linha de uma barra para a outra A manuten o de um disjuntor deixa fora de servi o a linha correspondente Al m disso o esquema de prote o mais complexo Em rela o aos outros arranjos ainda tem baixo custo e em rela o barra simples n o secionada tem um secionador a mais Uma chave secionadora de 138 kV custa por volta de R 50 mil e de 500 kV entre R 150 mil e R 400 mil Considerando se que o seccionador n o deve ser operado em carga h a necessidade de um disjuntor como mostra a figura 37 Ent o o novo arranjo foca com n circuitos n 1 disjuntores e 2n 2 secionadores figura 37 Sendo assim se ganha em seletividade e prote o reduzindo o n vel de curto circuito e dimensionamento e consequentemente o custo de instala o 52 23 2e ol Bha Mo ty B a 31 41 32 42 33 43 Figura 37 Disjuntores no Esquema de Barra Simples Seccionada 15 9 2 2 1 MANUTEN O NOS DISJUNTORES Nesse caso a abertura das chaves 57 e 55 e do disjuntor 52 da figura 37 permite a separa o da barra em duas permitindo mais flexibilidade na opera o de modo que manuten es nos disjuntores do lado de origem do fluxo de corrente 12 e 32 n o afetam a parte oposta do d
108. tempo pr determinado para permitir a extin o do arco a chave isoladora era aberta o interruptor fechava pela press o das molas O fechamento do circuito era sempre feito pela chave isoladora com os contatos das c maras de interrup o fechados A posi o aberta ou fechada dos disjuntores era facilmente reconhec vel a partir da observa o da posi o da chave isoladora Os disjuntores a ar comprimido podem ser utilizados em ultra altas tens es 800 kV e com correntes nominais de muito altas 6 300 A podendo interromper correntes de at 80 kA A desvantagem do disjuntor a ar comprimido a necessidade de se instalar uma fonte de fluido unidade compressora o que encarece a instala o e requer uma supervis o continua para garantir funcionamento normal da unidade 4 4 2 3 DISJUNTORES A SF Os disjuntores que utilizam o SFs como meio de extin o de arco obedecem ao mesmo princ pio dos disjuntores a ar comprimido sendo o arco neste caso soprado por SFs e n o por ar O processo de extin o do arco nos disjuntores a SFe inicia se com a forma o do arco entre os contatos principais De fato quando o valor da corrente estiver bem pr ximo ao zero natural o arco fica reduzido a uma coluna cil ndrica com elevada 45 temperatura onde ao redor da qual existe uma massa gasosa n o condutora de eletricidade e cuja temperatura relativamente baixa facilitando a r pida recomposi o da rigidez diel trica no espa
109. tens es e auto excita o 32 pe a Figura 23 Circuito de uma Chave de Aterramento R pido 14 Tamb m aterra automaticamente um circuito energizado criando um curto circuito intencional a fim de provocar o desligamento do disjuntor instalado em outra esta o Evita se assim o uso do disjuntor no local ou a instala o de um sistema de comando a dist ncia Pode ser unipolar ou tripolar conforme as necessidades do sistema Uma mola utilizada como forma de armazenar energia necess ria para imprimir velocidade faca que deve operar em alguns ciclos O disparo feito por dispositivo eletromagn tico que recebe o impulso de comando e faz saltar o engate da mola 4 3 2 4 CHAVES DE OPERA O EM CARGA Tem a capacidade de desligar certos circuitos em carga tais como reatores capacitores e geradores S o utilizadas para substituir disjuntores no chaveamento de grandes banco de capacitores reatores e filtros harm nicos em subesta es conversoras de CA CC Al m dos elementos comuns possuem um dispositivo de interrup o de corrente c mara de extin o de arco e eventualmente com dispositivo de limita o de corrente resistores no fechamento A c mara de extin o tem a capacidade de envolver e confinar os contatos onde s o formados os arcos e extingui los 4 3 3 QUANTO AO TIPO DE ABERTURA 33 4 3 3 1 ABERTURA VERTICAL ANSI 26 TIPO A ABNT 16 TIPO AV a que apresenta melhor desempenho
110. terior Procedimento semelhante ao arranjo Barra Simples 5 2 4 2 MANUTEN O NAS BARRAS Tal arranjo permite a manuten o de uma das barras sem que haja o desligamento da subesta o Para a transfer ncia de um circuito da barra A para a B deve se primeiro verificar O sincronismo entre elas rel de sincronismo fechar o disjuntor 52 da figura 41 fechar o secionador 13 por exemplo e abrir o 11 tais manobras s o poss veis pois n o h circula o de corrente entre as barras e abrir o 52 e suas chaves adjacentes em sequ ncia Ap s a transfer ncia de todos os circuitos para uma barra a outra pode receber manuten o estando desenergizada 5 2 4 3 CONDI ES NORMAIS DE OPERA ES As duas barras podem estar energizadas ao mesmo tempo com os circuitos estando ligados a qualquer uma das duas Elas devem possuir mesmo m dulo de tens o fase e frequ ncia para que n o haja circula o de corrente entre as barras Isso garantido por um rel de sincronismo As manobras s o realizadas conforme 57 descrito anteriormente A principal vantagem desse arranjo a opera o para cargas e pontos distribu dos pelas duas barras aumentando a flexibilidade de opera o 5 2 4 4 DEFEITO EM CIRCUITO N o afeta a opera o do resto da subesta o Restabelecimento da energia similar ao procedimento de manuten o de um disjuntor de circuito 5 2 4 5 DEFEITO EM UMA BARRA Os circuitos ligados barra s
111. to el trico Por isso pode ser considerado como uma parte integrante do equipamento que cont m a bucha Seu circuito magn tico maior do que nos demais tipos sendo mais precisos para corrente altas possuindo menor satura o e para menores correntes s o menos precisos tamb m em virtude das maiores correntes de excita o Devido a essa menor satura o e menores correntes esses transformadores de corrente n o s o usados para efeitos de medi o A figura 18 ilustra um modelo de transformador de corrente do tipo bucha CONDUTOR M VEL Figura18 Tipo Bucha 18 4 1 2 5 TiPO N CLEO DIVIDIDO Tem o enrolamento secund rio completamente isolado e permanentemente montado no n cleo mas tamb m n o possui o prim rio 19 Nesse transformador uma parte de seu n cleo separ vel ou pode ser articulada figura 19 para permitir um enla amento do condutor prim rio Esses transformadores costumam ser usados em circuitos onde o se tem um condutor complemente isolado Um tipo muito difundido de instrumento com n cleo dividido o alicate amper metro Ele uma variedade desse transformador de corrente que utilizado para medidas sem interrup o do circuito el trico r i a A j j ka A tr o elo pa l J y 4 am f f Ms 7 j O P A an Sa j di Z Si O AAA N Z 12 sd ex 3 E E j F W d A a j N gt L j MS t Figura19 Tipo N cleo Dividido 13 4 1 2 6 T
112. transformadores podem ser classificados em tr s grupos 4 2 3 1 GRUPO 1 O transformador de potencial projetado para liga es entre fases 4 2 3 2 GRUPO 2 O transformador de Potencial projetado para liga es entre fase e neutro dos sistemas diretamente aterrados 29 4 2 3 3 GRUPO 3 O transformador de potencial projetado para liga es entre fase e neutro de sistema onde n o se garanta a efic cia do aterramento 4 3 SECIONADORES S o dispositivos destinados a fechar abrir ou transferir as liga es de um circuito em que o meio isolante o ar Essa opera o prevista para acontecer ap s a abertura do circuito por outro dispositivo no caso um disjuntor Tais opera es devem atender aos requisitos de manobra que s o e Na posi o fechada n o deve oferecer resist ncia corrente que circula nominal ou de defeito e Na posi o aberta deve suportar com seguran a as tens es que se estabelecem e Todas as partes que em qualquer condi o de opera o possam ficar em sobtens o devem ser isoladas para terra e entre fases e Somente operam em circuitos sem passagem de corrente Os secionadores podem interromper correntes pequenas tais como correntes de magnetiza o de transformadores ou correntes em vazio de linhas de transmiss o 4 3 1 DEFINI ES 4 3 1 1 SECIONADORAS Define se segundo a NBR 6935 como um dispositivo mec nico de manobra capaz de abrir e fechar um circuito e
113. u mais conex es de comunica o com o mundo exterior Essas conex es comuns incluem centros de comunica es para utilidades de opera es escrit rios de manuten o e centros de engenharia As maiorias dos sistemas se conectam a uma esta o tradicional chamada de SCADA controle de supervis o e aquisi o de dados que serve s necessidades de informa o do operador da subesta o em tempo real para que esse possa operar os utilit rios de rede a partir de um centro de opera es Os sistemas de automa o tamb m podem incorporar uma varia o da unidade remota do terminal SCADA RTU Essa fun o de RTU pode aparecer em um controlador do centro de automa o Em muitos casos esse sistema de automa o das subesta es tamb m conhecido como Sistema Digital Integrado 7 3 SISTEMA PROTE O X CONTROLE A prote o do sistema el trico um fator fundamental para a viabilidade dos projetos de forma que invi vel economicamente trocar um componente cada vez que ocorrer uma anomalia no meio Para garantir essa seguran a econ mica do sistema necess rio ent o proteger as instala es da rede utilizando um conjunto espec fico de equipamentos de prote o O objetivo principal da prote o desconectar o elemento defeituoso do sistema o mais r pido poss vel Por isso essencial sensibilidade seletividade confiabilidade e velocidade para assegurar esse objetivo atrav s da atua o dos disju
Download Pdf Manuals
Related Search