Aula 1(1)

Universidade Federal do Ceará
Campus de Sobral
Curso de Engenharia Elétrica
PROTEÇÃO DE SISTEMAS
ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
Janaína Barbosa Almada
Raimundo Furtado
Semestre: 2014.2
Email: janaina@dee.ufc.br

TÓPICOS
Estrutura de um SEP
Sistema Interligado Nacional
Subestação
Representação dos Sistemas Elétricos

SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
Aspectos importantes relacionados ao SEP:
• Valor econômico da energia elétrica;
• Dependência da sociedade moderna em relação ao fornecimento de energia;
• Custo da falta de suprimento de energia elétrica;
• Qualidade do fornecimento de energia elétrica.
Fatores impactantes no setor elétrico:
• Evolução tecnológica dos dispositivos eletrônicos das tecnologias de
informação e comunicação (TICs);
• Crescimento dos SEPs em tamanho e complexidade;
• Desregulamentação do setor elétrico:
• Expansão da matriz energética;
• Elevada exigência em manter os SEPs dentro de padrões de qualidade,
desempenho e confiabilidade.
• Código de redes: PROREDE e PRODIST.

Estrutura tradicional de uma rede de energia elétrica:

Finalidade do SEP  fornecer energia aos consumidores de forma
confiável, segura, com qualidade e viabilidade econômica.

Objetivo do SEP  Gerar, transmitir e distribuir energia elétrica
atendendo a determinados padrões de disponibilidade, qualidade,
confiabilidade, segurança e custos, com o mínimo impacto ambiental.
Cada elemento do SEP deve ser
protegido através de um sistema
de proteção.

SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA
Evolução do Sistema Elétrico: Expansão da Matriz Energética
Fonte: IEEE Power & Energy Magazine, Jan/2011

Apenas 1,7% da energia
requerida pelo país
encontra-se fora do SIN,
em pequenos sistemas
isolados localizados
principalmente na região
amazônica.
Integração de bacias hidrográficas

Sistema de transmissão nacional

ELEMENTOS DO SEP
Linha de Transmissão:
• Transportam energia elétrica entre dois pontos de um sistema
elétrico.
• Os pontos de origem e destino de LTs em subestações são
denominados vão de saída de linha e vão de entrada de linha,
respectivamente.

ELEMENTOS DO SEP
Rede de subtransmissão ou sistema distribuição de alta tensão:
• Transportar energia para pequenas cidades
ou grandes consumidores industriais.
• Nível de tensão: entre 35 kV e 160 kV.
• Predomina linhas aéreas e subterrâneas
(mais usadas nas proximidades de centros
urbanos).
• Impactos ambientais e sociais.
• Sistemas de proteção padronizados pelas
empresas.

Rede Básica (RB): Vn ≥ 230 kV:
• STAT – Sistema de Transmissão de Alta Tensão
Rede de Distribuição: Vn < 230 kV:
• SDAT – Sistema de Distribuição de Alta Tensão
• SDMT – Sistema de Distribuição de Média Tensão
• SDBT – Sistema de Distribuição de Baixa Tensão

TENSÕES NOMINAIS PADRONIZADAS

REQUISITOS TÉCNICOS E OPERACIONAIS
LIMITES DE TENSÃO - PRODIST

REQUISITOS TÉCNICOS E OPERACIONAIS
LIMITES DE FREQUÊNCIA - PRODIST

SUBESTAÇÃO
Principais Funções:
• Monitorar as grandezas elétricas, visando o controle, proteção,
supervisão e automação do SEP;
• Proporcionar recursos operacionais ao SEP;
• Efetuar a regulação de tensão;
• Modificar o nível de tensão;
• Realizar a conversão da energia (SE conversora – CA/CC e
CC/CA)
Característica Física:
• Modularidade

SUBESTAÇÃO
Classificação quanto a função:
• SE de Manobra
• Permite manobrar partes do sistema, inserindo ou retirando-as de
serviço, em um mesmo nível de tensão.
• SE de Transformação
• SE Elevadora
 Localizadas na saída das usinas geradoras.
Elevam a tensão para níveis de transmissão e subtransmissão para
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.

SUBESTAÇÃO
Classificação quanto a função:
• SE de Distribuição
• Diminuem a tensão para o nível de distribuição primária (13,8kV
– 34,5kV).
• Podem pertencer à concessionária ou a grandes
consumidores.
• SE de Regulação de Tensão
• Através do emprego de equipamentos de compensação tais
como reatores, capacitores, compensadores estáticos, etc.
• SE Conversoras
• Associadas a sistemas de transmissão em cc (SE
Retificadora e SE Inversora)

SUBESTAÇÃO
Classificação quanto ao nível de tensão:
• SE de Alta Tensão – tensão nominal abaixo de 230 kV.
• SE de Extra Alta Tensão - tensão nominal acima de 230 kV.

SUBESTAÇÃO
Classificação quanto ao tipo de instalação:
• Subestações desabrigadas - construídas a céu aberto em locais
amplos ao ar livre.

SUBESTAÇÃO
• Subestações abrigadas - construídas em locais interiores
abrigados.

SUBESTAÇÃO
• Subestações Blindadas - construídas em locais abrigados.
• Os equipamentos são completamente protegidos e isolados em
óleo ou em gás (ar comprimido ou SF6).
• Quando utiliza SF6 é chamada também de compacta.

SUBESTAÇÃO
Definição:
• Conjunto de instalações elétricas em média ou alta tensão que agrupa os
equipamentos, condutores e acessórios, destinados à proteção, medição,
manobra e transformação de grandezas elétricas.

SUBESTAÇÃO
Tipos de Subestações por função:
• SE elevadora;
• SE abaixadora;
• SE distribuidora;
• SE secionadora;
• SE móvel, etc.

SUBESTAÇÃO
Composição de uma SE básica:
• São compostas por conjuntos de elementos, com funções específicas no
sistema elétrico, denominados vãos (bays).
• 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 deve possuir dispositivos de proteção e equipamento de disjunção
com a finalidade de limitar os impactos proporcionados por ocorrências no
sistema elétrico.

SUBESTAÇÃO
Vãos de Entrada e Saída de Linha:
• Nas entradas e saídas de linhas das subestação são normalmente
instalados para-raios, transformadores de corrente, secionadores
e disjuntores.

SUBESTAÇÃO
ENTRADA E SAÍDA DE LINHA

SUBESTAÇÕES
Barramentos de Subestações
• São condutores reforçados, geralmente sólidos e de impedância
desprezível, que servem como centros comuns de coleta e
redistribuição de circuitos.
• O tipo de barramento define a configuração do arranjo elétrico da
subestação em alta e média tensão.
• Principais tipos de barramentos:
• Barramento simples.
• Barramento simples seccionados.
• Barramento principal de transferências.
• Barramento em anel.
• Barramento de disjuntor e meio.
• Barramento duplo.

SUBESTAÇÃO
Equipamentos de proteção e controle de uma SE
• Pára-raios;
• Relés;
• Disjuntores;
• Religadores;
• Secionadores fusíveis ou chaves fusíveis;
• Chave de aterramento rápido;
• Secionalizadores.
Transformadores para Instrumentos
• Transformador de Potencial (TPC e TPI);
• Transformador de Corrente (TC).

SUBESTAÇÃO
Vão de Transformação de uma Subestação:
O vão de Transformação (TR) é composto por transformador de potência,
elevador ou abaixador, cuja função principal é modificar o nível de tensão
entre o barramento de entrada e o barramento de saída.

SUBESTAÇÃO
Vão de Regulação:
• Banco de capacitores
• Transformador com CDC(comutador sob carga) ou
reguladores de tensão
• Compensador estático (rede básica)

SUBESTAÇÃO
Saída de Alimentadores da Subestação:
• Os Vãos de Saída de Alimentadores de uma subestação suprem rede de
distribuição que alimenta, diretamente ou por intermédio de ramais, os
primários dos transformadores de distribuição do concessionário e/ou
consumidor.

SERVIÇOS AUXILIARES - SUBESTAÇÃO

• Os serviços auxiliares (SA) são de grande importância
para a operação adequada e contínua da subestação.
• Dependendo da necessidade de maior ou menor
confiabilidade do sistema utiliza-se redundância das
fontes de alimentação dos SAs.
• Os equipamentos dos serviços auxiliares normalmente
ficam instalados na casa de comando da subestação.

• As subestações possuem dois tipos de serviços
auxiliares:
• Serviços Auxiliares em Corrente Alternada (CA)
• Serviços Auxiliares em Corrente Contínua (CC)
Fonte: Coelce
• Os principais equipamentos instalados
na casa de comando são:
• Quadro de Serviços Auxiliares CA.
• Quadro de Serviços Auxiliares CC.
• Quadro de Comando, Controle,
Proteção e Supervisão.
• Sistema Digital da Subestação ou
Unidade Terminal Remota – UTR
• Sistema de comunicações.
• Retificador e Banco de Baterias.

• Fontes dos Serviços Auxiliares CA
• Transformador de Serviços Auxiliares (TSA)
• Grupo gerador
• Alimentação do TSA:
• Barramento de média tensão da SE;
• Secundário ou terciário do transformador de potência;
• Alimentador oriundo de uma outra subestação.

• Transformador de Serviços Auxiliares (TSA):
• Proteção do Primário: Chaves fusíveis
• Proteção do secundário: disjuntor termomagnético e/ou
fusíveis limitadores.
Fonte: Coelce

• Cargas dos Serviços Auxiliares CA
• As principais cargas dos serviços auxiliares CA são:
• Sistema de ventilação forçada dos transformadores de
potência.
• Retificador.
• Comutador de Derivação sob Carga (CDC) dos
transformadores.
• Casa de comando.
• Tomadas e iluminação do pátio da subestação.
• Iluminação e aquecimento dos equipamentos de
campo e painéis de comando e proteção.

Fonte: Coelce
Serviços Auxiliares CA – Padrão Coelce Antigo

QSACA–TIPOA
PadrãoCoelceAtual
Fonte: Coelce

QSACA–TIPOC
PadrãoCoelceAtual
Fonte: Coelce

• Serviços Auxiliares CC
• Os serviços auxiliares em corrente contínua de uma
subestação normalmente são supridos através das seguintes
fontes de alimentação:
• Retificador/Carregador;
• Banco de Bateria.
Fonte: Coelce

• Retificador
• Finalidade: alimentar as cargas de corrente contínua da
subestação e manter em flutuação ou em carga o banco
de baterias da subestação com tensão estabilizada e
limitação de corrente.
• Na ocorrência de uma falta de CA, o retificador é
desligado e as cargas CC passam a ser alimentadas
através do banco de baterias.
• Objetivos específicos:
• suprir as cargas de corrente contínua da subestação;
• suprir a corrente de perdas internas das baterias;
• repor às baterias as correntes transitórias solicitadas nas
operações dos disjuntores.

• Retificador
• O retificador converte a corrente alternada (CA) fornecida pelo
transformador de serviços auxiliares, através do QSA CA, em
corrente contínua (CC), com a finalidade de alimentar as
cargas em corrente contínua da subestação e manter em
flutuação ou em carga o banco de baterias da subestação.
Fonte: Coelce

• Serviços Auxiliares CC - Banco de Baterias
• O banco de baterias é ligado em paralelo com o retificador/carregador
funcionando em regime de flutuação, mantendo assim a confiabilidade do
sistema de controle, proteção e automação da subestação.
Fonte: Coelce

• Esquema Retificador-Banco de Baterias:
• Operando em regime de flutuação, normalmente o
conjunto de baterias é submetido a uma tensão de
flutuação de aproximadamente 132 V (60 elementos
vezes 2,2 V).
• Nesta condição, o retificador sustenta as cargas
permanentes e transitórias de curta duração dentro do
limite de sua capacidade nominal.
• Qualquer excesso de carga será atendido pelo banco de
baterias, sendo a mesma automaticamente recarregada
quando cessa a carga intermitente.
Fonte: Coelce

• Esquema de Proteção contra fuga a terra:
• O sistema retificador/ bateria não é aterrado, portanto
qualquer contato de um de seus pólos a terra deve ser
imediatamente detectado e isolado.
• As lâmpadas A e B (no painel CA/CC) ficam permanentemente
acesas, com a finalidade de supervisionar a ocorrência de
aterramento nos circuitos de corrente contínua da subestação.
Fonte: Coelce

• Esquema de Proteção contra fuga a terra:
• Em condições normais, as lâmpadas apresentam a mesma
intensidade luminosa.
• Caso ocorra um aterramento em um dos polos do circuito CC,
uma das lâmpadas apaga ou diminui sua intensidade luminosa
e a outra lâmpada ficará com intensidade maior que o normal e
a corrente circulará através do relé F74 causando sua atuação
e alarme sonoro.
Fonte: Coelce

PRINCIPAIS CARGAS DOS SERVIÇOS AUXILIARES
Serviços Auxiliares CA Serviços Auxiliares CC
Ventilação forçada dos
transformadores
Sistema digital de automação da subestação
Retificador. Sistema de telecomunicações;
Casa de comando. Dispositivos de controle e proteção (relés, controle
de banco de capacitores, etc);
Tomadas e iluminação do pátio da
SE
Equipamentos de disjunção (motores e bobinas de
abertura e fechamento dos equipamentos de
disjunção)
Iluminação e aquecimento dos
equipamentos e painéis de
comando e proteção
Iluminação de emergência da casa de comando e do
pátio
Comutador de Derivação sob Carga
(CDC) dos transformadores.
 ;
 .

Cargas dos Serviços Auxiliares CC
Fonte: Coelce

ServiçosAuxiliaresCC
PadrãoCoelceAtual
Fonte: Coelce

• Diagrama Serviços Auxiliares CC - Relé - Disjuntor
• Diagrama funcional de proteção do transformador:

• Cargas dos Serviços Auxiliares CC
• Diagrama funcional de controle, comando e sinalização simplificado

REPRESENTAÇÃO DOS SISTEMAS ELÉTRICOS
Características principais do SEP:
• Podem ser monofásicos, bifásicos ou trifásicos
• Podem ser aterrados ou isolados
• Grande número de componentes, dispositivos e equipamentos
• Possui transformadores elevando ou baixando as tensões para
diferentes níveis de tensão
• Cada elemento, equipamento e dispositivo do SEP possui uma
simbologia específica
• São representados através de diagramas elétricos.

Diagrama Elétrico:
• Representação de uma instalação elétrica ou parte desta através de símbolos
gráficos definidos em normas nacionais e/ou internacionais.
• Devem ser elaborados considerando a instalação sem tensão e sem corrente
(desligada) e os aparelhos representados através de símbolos definidos nas
normas. As exceções devem ser indicadas claramente no diagrama.
• Os bornes dos equipamentos e aparelhos não devem necessariamente fazer
parte de todos os diagramas.
• Condutores de diferentes tensões, polaridades ou condições de serviço,
podem ser caracterizados pela espessura do traçado da linha.
• A execução correta de uma instalação depende diretamente da exatidão dos
diagramas.
• Para a elaboração exata do diagrama com a representação correta dos
equipamentos, condutores e dispositivos é necessário o conhecimento
profundo das simbologias e características dos mesmos.

SÍMBOLO EQUIPAMENTO
Ligação de equipamentos:

SÍMBOLO EQUIPAMENTO
Transformadores:

Transformadores de instrumentos

Simbologia dos diagramas unifilares: :
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SUBESTAÇÃO PADRÃO COELCE (CP – 011)

Simbologia dos diagramas unifilares: :
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Simbologia dos diagramas unifilares:

Simbologia para diagramas unifilares de circuitos de iluminação e tomadas:

Principais esquemas elétricos:
• Diagrama funcional
• Diagrama unifilar
• Simplificado
• Medição e proteção
• Operacional
• Tempo
• Diagrama multifilar
• Arranjo físico
• Diagrama de fiação
• Diagramas lógicos
• Diagrama topológico
• Diagrama equivalente por fase

Diagrama Funcional:
• Deve ser um desenho de fácil interpretação.
• Representa graficamente os detalhes de todo o sistema elétrico de
acordo com sua montagem ou funcionamento do equipamento,
ilustrando as informações referentes à lógica dos contatos e os
intertravamentos elétricos.
• Sua elaboração requer o conhecimento de todos os pontos de
conexão dos equipamentos e a função de cada ponto de ligação e
deve estar em conformidade com os desenhos dos equipamentos
fornecidos pelos fabricantes para evitar possíveis erros nas
alimentações e conexões.
• Contempla circuitos de alimentação, comando e controle.
ESQUEMA ELÉTRICO FUNCIONAL

Diagrama Funcional:

Diagrama Funcional:
Fonte: (TFC, UFC, Silva, 2010)

Diagrama de Fiação:
• Têm a função principal de auxiliar na montagem do projeto elétrico
da subestação.
• Mostra todas as ligações internas ao painel.
• Para o diagrama de interligação utiliza-se o agrupamento dos
condutores que interligam os mesmos equipamentos e possuem as
mesmas funções.
Fonte: (SOUSA, 2007, UFES)

Diagrama Lógico:
• Representa a forma de programação das operações a serem realizadas
pelo relé fazendo uso de lógica digital, utilizando informações de
entrada, variáveis e comandos.
• Podem ser utilizados para operar equipamentos, bloquear operações,
sinalizar eventos, compor uma nova função de proteção, realizar
intertravamentos etc.
• Esse diagrama faz parte dos manuais de relés e projeto de proteção,
controle e supervisão da subestação.
Fonte: (SOUSA, 2007, UFES)

• Representa um sistema elétrico através de uma única fase.
• Pode representar sistemas monofásicos, bifásicos ou trifásicos.
• Dependendo da finalidade indicar ou omitir dados de condutores e
equipamentos (fase, neutro, retorno, terra), impedância dos
elementos, capacidade nominal, capacidade de interrupção, tipo de
ligação, código operacional, etc.
• Devem representar a posição física dos componentes da instalação
mostrada em uma planta arquitetônica;
• Não representa com clareza o funcionamento e seqüência operacional
do circuito.
• Devem dispor de legenda indicando o significado de cada símbolo.
DIAGRAMA UNIFILAR

Código Descrição
01G1 0: Gerador 1: 16kV G1: posição do
gerador 1
11G1 1: Disjuntor 1: 16kV G1: disjuntor na
posição G1
31G1 3: Chave
seccionadora
1: 16kV G1: chave na
posição G1
71T1-A 7: Pára-raio 1: 16kV T1: pára-raio na
posição T1
A: enrolamento
de T1
01T1 0: Transformador 1: 16kV T1: posição do
transformador 1
05B2 0: Barramento 5: 500kV B2: barra 2
35T1-7C 3: Chave
seccionadora
5: 500kV T1: chave do
trafo de força
7: chave de
aterramento
C: posição da
chave no
enrolamento C
do trafo
85T1 8: Transformador
de corrente
5: 500kV T1: disjuntor na
posição do
transformador 1
DIAGRAMA OPERACIONAL

Diagramas Unifilar Operacional – Regional
Fonte: Coelce

Diagramas Unifilar Operacional - Subestação

Diagramas de Tempo  Curto-circuito trifásico:
DIAGRAMA DE TEMPO

• Representam circuitos bifásicos (diagrama bifilar) ou trifásicos
(trifilar).
• Representa um circuito elétrico completo, em detalhes, com
todos os condutores representados por linhas utilizados nas
ligações dos componentes.
• Detalha todas as conexões de um determinado circuito.
• Permite visualizar à que fase um circuito terminal ou um quadro
está conectado.
• Impossível representar um projeto de uma instalação completa
na forma multifilar.
DIAGRAMA MULTIFILAR

Diagramas Trifilares:
DIAGRAMA MULTIFILAR

• Representa as grandezas normalizadas.
• Simplifica a análise numérica.
• Elimina o efeito particionador dos transformadores.
• Usado para mostrar os dados de impedância de geradores, linhas,
transformadores, capacitores, cabos, etc.
DIAGRAMA DE IMPEDÂNCIAS
EQUIVALENTE POR FASE

BIBLIOGRAFIA
ONS. Sistema interligado Nacional, 2014.
Notas de aula do Professor Raimundo Furtado, 2013.
PRODIST. Procedimentos de Distribuição. ANEEL.

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