SUBESTAÇÃO TIPOS DE SUBESTAÇÕES - PDF Free Download
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Manoela Estrela de Lacerda
1 SUBESTAÇÃO Uma subestação elétrica é um grupamento de equipamentos elétricos com a finalidade de dirigir o fluxo de energia elétrica num sistema de potência e de possibilitar a operação segura do sistema, provendo um ponto no qual dispositivos automáticos de proteção e meios de desviar o fluxo de energia ao longo de rotas alternativas, podem ser instalados. Uma subestação pode ser associada a uma central geradora, controlando diretamente o fluxo de potência num sistema ou com transformadores de força, convertendo a tensão de fornecimento a um nível mais alto ( e volts), mais baixo (23000 e volts) ou, ainda, conectar um número de rotas de fornecimento em um mesmo nível de tensão. Algumas vezes a subestação preenche duas ou mais dessas funções. Basicamente, qualquer subestação consiste de um número de circuitos chegando e partindo, conectados entre si através de uma barra ou sistema de barramento comum. Os equipamentos principais que constituem cada circuito são: os disjuntores, os transformadores para instrumentos, chaves seccionadoras, pára-raios e os transformadores de potência (autotransformadores). Uma subestação é um conjunto de equipamentos de manobra e/ou transformação e compensação usados para dirigir o fluxo de energia em um sistema de potência e possibilitar a sua diversificação através de rotas alternativas, ao mesmo tempo em que permite a instalação de dispositivos de proteção automática capazes de detectar faltas no sistema e de isolar os trechos onde as mesmas ocorrem. TIPOS DE SUBESTAÇÕES Quanto à função: SE de Manobra. o Permite manobrar partes do sistema, inserindo ou retirando-as de serviço, em um mesmo nível de tensão.
2 o Conexão e desconexão de partes do sistema elétrico ao restante do mesmo, para orientar o fluxo de energia elétrica e isolar partes defeituosas, garantindo assim a segurança do sistema. SE de Transformação. o Muda os níveis de tensão para adequá-los ao sistema de transmissão ou distribuição que os utiliza. Podendo ser: SE Elevadora - Localizadas na saída das usinas geradoras. Elevam a tensão para níveis de transmissão e sub-transmissão (transporte econômico da energia). SE Abaixadora - Localizadas na periferia das cidades. Diminuem os níveis de tensão evitando inconvenientes para a população como: rádio interferência, campos magnéticos intensos, e faixas de passagem muito largas. SE de Distribuição: o Diminuem a tensão para o nível de distribuição primária (13.8kV, 69kV). Podem pertencer à concessionária ou a grandes consumidores. SE de Regulação de Tensão o Manutenção, dentro das faixas admissíveis, de cada nível de tensão, no sentido de garantir a qualidade da energia que transita entre os sistemas e da que chega aos consumidores. o Emprega equipamentos de compensação tais como reatores, capacitores, compensadores estáticos, etc. SE Conversoras o Associadas a sistemas de transmissão em CC (SE Retificadora e SE Inversora). Quanto ao Nível de Tensão: SE de Alta Tensão tensão nominal abaixo de 230kV. SE de Extra Alta Tensão - tensão nominal acima de 230kV. Quanto ao Tipo de Instalação: Subestações Desabrigadas - construídas a céu aberto em locais amplos ao ar livre.
3 Fig. Subestação de Alta Tensão desabrigada Subestações Abrigadas - construídas em locais interiores abrigados. Fig: Subestação abrigada Subestações Blindadas - Construídas em locais abrigados. Os equipamentos são completamente protegidos e isolados em óleo ou em gás (ar comprimido ou SF6).
4 Fig: Subestação compacta As denominadas subestações compactas utilizam gás isolante, em geral, o SF6 (hexafluoreto de enxofre) em seus dispositivos de manobra, conferido-as um elevado grau de compactação, podendo chegar a até 10% de uma SE convencional.. Ex. Subestação de Itaipu. Quanto à Forma de Operação. Subestações com Operador. o Exige alto nível de treinamento de pessoal o Uso de computadores na supervisão e operação local só se justifica para instalações de maior porte. Subestações Semi-Automáticas. o Possuem computadores locais ou intertravamentos eletro-mecânicos que impedem operações indevidas por parte do operador local. Subestações Automatizadas o São supervisionadas à distância por intermédio de computadores e SCADA (Supervisory Control and Data Acquisiton). Quanto a isolação: as SE s podem ser do tipo: isoladas a ar
5 ¾ isoladas a gás SF6 Modelagem das cargas: Agregada (injeções de potência ativa e reativa) EXERCÍCIO: Classifique as subestações marcadas com um círculo. MATERIAIS USADOS NA CONSTRUÇÃO DE UMA SUBESTAÇÃO
6 Estudo de planejamento de uma subestação O problema básico do planejamento é determinar a malha mais econômica, que permita, a partir dos nós de geração, suprir a demanda requerida pelos nós de carga. Estudo de mercado Estudo de planejamento da geração Definição das fontes de geração Estudo de planejamento da transmissão Definição da malha primária de LT S e SE S Estudos elétricos da transmissão Características Básicas das LT S e SE S Projeto Básico e executivo da subestação e equipamentos. Antes de elaborar um projeto básico, devemos saber que uma subestação é caracterizada pela: a) As classes de tensão / níveis de isolamento b) O número de linhas conectadas (fontes / cargas) c) O número de transformadores (Potência SE) d) As características dos equipamentos principais e) Os arranjos de barramentos elétricos utilizados.
7 ETAPAS PARA CONSTRUÇÃO DE UMA SUBESTAÇÃO
8 EXEMPLOS: SUBESTAÇÃO CAMPO GRANDE ELETROSUL BANCO DE CAPACITORES DIGRAMA UNIFILAR
9 COMPENSADOR ESTÁTICO, USADO PARA O CONTROLE DA TENSÃO E DA POTÊNCIA REATIVA.
10 SISTEMA ELÉTRICO NO MS É preciso delimitar o nível de tensão para se representar as subestações no diagrama unifilar. Assim vemos abaixo um trecho do sistema elétrico de MS em 138kV. Veja abaixo a subestação Miguel Couto: Miguel Couto possui 03 transformadores de 138kV/13.8 kv(16mva a 20MVA)
11 SUBESTAÇÕES DE 138kV LIGADAS EM ANEL (09 SE s) ATRIBUIÇÕES DAS SUBESTAÇÕES - Monitoração do "status" de equipamentos. - Medição. - Proteção de linha, transformadores, barra, reator, perda de sincronismo etc. - Supervisão das proteções. - Religamento automático. - Localização de falha na linha. - Telecomandos. - Proteção de falha de disjuntor. - Monitoração de sobrecarga em transformadores. - Controle de tensão. - Fluxo de reativos. - Corte seletivo de cargas. - Sincronização. - Alarmes em geral. - Registro de seqüência de eventos. - Oscilografia. - Interface homem-máquina. - Impressão de relatórios. - Interface com os Centros de Operação de Sistema.
12 DIAGRAMAS BÁSICOS Os tipos de diagramas mais comumente usados são: Unifilar: Representação de um sistema polifásico por um fio; Trifilar: Proteção; Esquemático: Funcional; Lógico: Proteção e Controle; Interligação: Ligação; Painéis; Arranjo Físico. EQUIPAMENTOS PRESENTES NUMA SUBESTAÇÃO São vários os equipamentos existentes na subestação, tais como: Barramentos; Linhas e alimentadores; Equipamentos de disjunção: disjuntores, religadores, chaves. Equipamentos de transformação: o transformadores de potência, o transformadores de instrumentos transformador de potencial e de corrente, o transformador de serviço. Equipamentos de proteção: o relés (primário, retaguarda e auxiliar), o fusíveis, o pára-raios e o malha de terra. Equipamentos de compensação: o reatores, o capacitores, o compensadores síncronos, o compensadores estáticos. Malha de Aterramento Edificações Equipamentos de Comando e Controle.
13 SERVIÇOS AUXILIARES Os serviços auxiliares de uma subestação têm por finalidade prover o suprimento em baixa tensão dos dispositivos ou equipamentos essenciais à manobra, controle, proteção e supervisão da instalação.em uma subestação os serviços auxiliares são de grande importância para a operação adequada e contínua da SE. Os serviços auxiliares são do tipo: Serviços Auxiliares de Corrente Alternada. o Fonte: Transformador de Serviços Auxiliares / V o Carga: Casa de Comando Iluminação/Tomada do Pátio Retificador, etc. Serviços Auxiliares de Corrente Contínua o Fonte: Retificador/Carregador e Banco de Bateria Vcc. o Cargas: Componentes do Sistema Digital (relés, etc.) Funcionais dos equipamentos; Motores dos equipamentos. Iluminação de emergência
14 As subestações (SE) são compostas por conjuntos de elementos, com funções específicas no sistema elétrico, denominados vãos (bays) que permitem a composição da subestação em módulos. As SE distribuidoras, usualmente, são compostas pelos seguintes vãos: entrada de linha (EL); saída de linha (SL); barramentos de alta e média tensão (B2 e B1); vão de transformação (TR); banco de capacitor ou vão de regulação (BC) e saída de alimentador (AL). Cada vão da subestação deve possuir dispositivos de proteção (relés) e equipamento de disjunção com a finalidade de limitar os impactos proporcionados por ocorrências no sistema elétrico tais como: descargas atmosféricas, colisão, falhas de equipamentos, curtos-circuitos, etc. Fig: Diagrama simplificado de uma subestação típica de distribuição
15 BARRAMENTOS A maneira mais simples de agrupar circuitos entre si é conectá-los a um condutor único ou a um barramento. A fim de melhorar a segurança de fornecimento, facilitar a manutenção de equipamentos e dar maior flexibilidade de operação, foram elaborados sistemas de barramentos diversos, chegando-se a arranjos bastante complexos nas SE s mais modernas. Os elementos construtivos básicos de uma SE nos são os Bays ou Vãos. Os principais Bays são: a) Bay de linha; b) Bay de transformador ou de reator; c) Bay de interligação de barras. Obs: As Barras são os pontos de encontro dos bays. DEFINIÇÃO DE BARRA Os barramentos são condutores reforçados, geralmente sólidos e de impedância desprezível, que servem como centros comuns de coleta e redistribuição de corrente.
16 BARRAMENTOS FLEXÍVEIS o USADOS EM SUBESTAÇÕES DE 13,8kV a 34,5kV. o PODEM TER BARRAMENTOS COM CONDUTORES DE COBRE. BARRAMENTOS RÍGIDOS o USADOS EM SUBESTAÇÕES DE 138kV a 500kV. o BARRAMENTOS COM CONDUTORES DE ALUMÍNIO. o SUPORTAM GRANDES CORRENTES DE CARGA E DE CURTO-CIRCUITO.
17 BARRAMENTOS ELÉTRICOS CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO: o CRITÉRIO ELÉTRICO Corrente Nominal: a determinação é feita quando há equilíbrio térmico entre o calor gerado pela corrente ao passar pelo condutor por efeito Joule e o calor dissipado.no ambiente. Fabricantes determinam a capacidade de condução dos barramentos através de processos experimentais e ensaios. Tabelas de fabricantes relacionam diâmetro do barramento, corrente nominal e temperatura. o CRITÉRIO TÉRMICO (uso de equações) Evitar recozimento do barramento durante o tempo de curto circuito.
18 Para correntes de curto circuito todo calor produzido na barra causa aumento de temperatura, porque devido ao curto tempo de existência da falha não existem perdas por radiação. Parâmetros considerados: área de seção do barramento, tipo do material, duração do curto circuito e temperatura inicial e final do barramento. o CRITÉRIO MECÂNICO (uso de equações) Esforços mecânicos: peso próprio do barramento e peso dos acessórios. Cálculo de momento fletor, máxima tensão de tração, esforços dos ventos sobre o barramento e esforços devido a curto-circuitos. Descrição dos Equipamentos presentes numa SE Disjuntor TC, TP e DCP Chave seccionadora Transformadores de potência Relés Reatores e capacitores em derivação 1 Pára-raio Capacitores série Bobina de bloqueio SIMBOLOGIA A simbologia a seguir indicada é usualmente empregada na elaboração de diagramas unifilares, para a representação convencionada dos equipamentos: 1 Na disciplina de Transmissão de Energia Elétrica foi estudado a necessidade do uso de capacitores/reatores em série ou em shunt.
19 DISJUNTOR Finalidade: Interrupção de corrente elétrica; Função de proteção. Atua em situações de curto-circuito (ka); Possui contatos internos numa câmara de extinção do arco; Deve ser rápido. Dois estados de operação: aberto e fechado; Ligado em SÉRIE. Código ANSI- 52. CHAVE SECCIONADORA Torna visível o seccionamento da subestação; Não deve abrir com carga (alguns tipos admitem isto); Dois estados de operação: aberto e fechado; Código ANSI- 29. TRANSFORMADOR DE CORRENTE (TC) Finalidade: redução da corrente (por exemplo, 1000A/5A); Função proteção. Alimenta o sistema relé e disjuntor; Monitoramento. Informa o valor da corrente nas linhas;
20 Alimentam as bobinas de corrente dos demais equipamentos; Ligado em SÉRIE. TRANSFORMADOR DE POTENCIAL (TP) Finalidade: redução da tensão (por exemplo, kv / 115 V); Função proteção. Alimenta o sistema relé e disjuntor; Monitoramento. Informa o valor da tensão na subestação; Alimentam as bobinas de tensão dos demais equipamentos; DCP- DIVISOR CAPACITIVO POTENCIAL; TPC usado nas comunicações pelas linhas. Ligado em PARALELO. PÁRA-RAIOS Proteção contra sobretensões. Descargas atmosféricas. Estão localizados na entrada/saída das subestações. Ligado em PARALELO.
Capítulo 4 Distribuição de Energia Elétrica 4.1 Introdução 4.2 Sistema de Subtransmissão 4.3 Subestações de Energia Elétrica 4.3.1 Classificação das Subestações 4.3.2 Localização de Subestações Equipamentos
Capítulo 4 Distribuição de Energia Elétrica 4.1 Introdução 4.2 Sistema de Subtransmissão 4.3 Subestações de Energia Elétrica 4.3.1 Classificação das Subestações 4.3.2 Localização de uma Subestação 4.3.3
ANEXO 6D LOTE D INSTALAÇÕES DE TRANSMISSÃO COMPOSTAS POR LT 500 kv SAPEAÇU MORRO DO CHAPÉU II E LT 230 kv JUAZEIRO DA BAHIA II JUAZEIRO DA BAHIA III SE 500/230 kv MORRO DO CHAPÉU II E SE 500/230/69 kv