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REDES EREDES E
SUBESTAÇÕES DESUBESTAÇÕES DE
ENERGIAENERGIA
SUMÁRIO:
1- Classificação das Subestações: SE Elevadora, Transmissão,
Distribuição e Industrial
1.1 Diagramas: Projectos( documentos ) que compõe uma
subestação
2-Arranjos de Barramentos: Arranjos em subestações industriais e
subestações de concessionárias
3-Subestações Industriais: Características do arranjo e da protecção
4-Subestações de Concessionárias:
Estudo de caso da sinalização, controle e protecção de uma SE
CONCEITOS GERAIS
Definição Básica de uma Subestação
Uma subestação (SE) é um conjunto de equipamentos de manobra
e transformação e ainda eventualmente de compensação de reactivos
usado para dirigir o fluxo de energia em sistema de potência e possibilitar a
sua diversificação através de rotas alternativas, possuindo dispositivos de
protecção capazes de detectar os diferentes tipo de faltas que ocorrem no
sistema e de isolar os trechos onde estas faltas ocorrem.
Classificação das SE’s
As subestações podem ser classificadas quanto à sua função e a sua
instalação.
•Classificação das SE’s quanto a Função no sistema eléctrico
•Subestação Transformadora:
É aquela que converte a tensão de suprimento para um nível
diferente, maior ou menor, sendo designada, respectivamente, SE
Transformadora Elevadora e SE Transformadora Abaixadora.
Geralmente, uma subestação transformadora próximas aos
centros de geração é uma SE elevadora. Subestações no final de
um sistema de transmissão, próximas aos centros de carga, ou de
suprimento a uma indústria é uma SE transformadora abaixadora.
Subestação Seccionadora, de Manobra ou de Chaveamento
É aquela que interliga circuitos de suprimento sob o mesmo
nível de tensão, possibilitando a sua multiplicação. É também
adoptada para possibilitar o seccionamento de circuitos, permitindo
sua energização em trechos sucessivos de menor comprimento.
Modo de instalação dos equipamentos em relação ao meio ambiente:
Subestação Externa ou Ao Tempo
É aquela em que os equipamentos são instalados ao tempo e
sujeitos portanto às condições atmosféricas desfavoráveis de
temperatura, chuva, poluição, vento, etc., as quais desgastam os
materiais componentes, exigindo portanto manutenção mais frequente e
reduzem a eficácia do isolamento.
Subestação Interna ou Abrigada
É aquela em que os equipamentos são instalados ao abrigo do
tempo, podendo tal abrigo consistir de uma edificação e de uma
câmara subterrânea.
Subestações abrigadas podem consistir de cubículos metálicos, além
de subestações isoladas a gás, tal como o hexafluoreto de enxofre
(SF6).
Principais Equipamentos de uma Subestação e suas Funções
Equipamentos de Transformação
• Transformador de força:
Transformador de potência WEG (Fonte: Site WEG).
É o equipamento base de uma subestação de energia. É ele que eleva
ou rebaixa a tensão para os níveis necessários na subestação, além de poder
também isolar electricamente circuitos entre si, ajustar as impedâncias, ou
todas estas finalidades citadas ao mesmo tempo.
PARÂMETROS DO TRANSFORMADOR WEG
Enrolamentos: são feitos de cobre com secção normalmente
rectangular e o tipo do
enrolamento depende da potência e da tensão do transformador.
Para tensões mais altas
são utilizados enrolamentos em disco e para tensões baixas
enrolamento em camadas.
 Refrigeração: a refrigeração é fundamental para a segurança
operacional e o tempo de vida do transformador. Existem algumas
formas de refrigeração: natural onde o calor é absorvido pelo óleo e
dissipado através de radiadores, refrigeração onde os radiadores
são refrigerados por meio de ventiladores, refrigeração com banco
de radiadores separados ou com trocador de óleo/água.
 Relé Buchholtz: protege o transformador contra falhas internas que
provoquem a produção de gás ou diminuição no nível de óleo.
Transformadores de instrumentos (transformadores de
corrente e transformadores de potencial (capacitivos ou indutivos):
São equipamentos utilizados para adequar os sinais de alta
tensão a serem medidos para os instrumentos de medição.
Os transformadores de equipamentos são o TC
(Transformador de Corrente) e o TP (Transformador de Potencial).
Eles são usados para medir tensão, corrente e fator de potência,
além de serem utilizados para a proteção da Subestação.
Para o dimensionamento dos transformadores são
necessários alguns parâmetros, que são Potências nominais, tensão
de operação e relação de transformação entre a tensão nominal do
primário e do secundário
Transformadores de Corrente
São equipamentos capazes de produzir proporcionalmente
em seu circuito secundário a corrente de seu primário com sua
posição de fase mantida, conhecida e adequada para o uso em
instrumentos de medição, controle e protecção.
Os Transformadores de corrente, quanto a sua função, dividem-
se em:
• TC’s para medição
• TC’s para protecção
Transformador de Corrente 69kV
Transformadores de Potencial
Em sistemas de alta tensão, as medições de tensão não são feitas
directamente da rede primária, para isso são utilizados equipamentos
denominados transformadores de potencial (TP). Esse equipamento tem como
finalidade isolar o circuito de baixa tensão (secundário) do circuito de alta
(primário) e de produzir os efeitos transitórios e de regime permanente aplicado
ao circuito de alta tensão
no circuito de baixa tensão.
Quanto ao tipo, os transformadores de potencial podem ser classificados
da seguinte forma:
• Transformadores de Potencial Indutivos (TPI): é semelhante a um
transformador de força conectado a uma pequena carga. São mais utilizados em
tensões entre 600V e 69kV;
• Transformadores de Potencial Capacitivos (TPC): são constituídos de dois
capacitores cujas funções são de divisor de tensão e de acoplar a comunicação via
“carrier” ao sistema de potência. Sua utilização é mais frequente em sistemas com
tensão maior que 138kV;
• Divisores resistivos: são como os capacitivos, mas usando
resistores, não são utilizados em sistemas de potência e sua
aplicação é feita em circuitos de ensaio e pesquisa em laboratórios;
• Divisores mistos (capacitivo e resistivo): é um misto dos
dois anteriores, e também não é utilizado em sistemas de potência.
Transformador de Potencial Capacitivo 69kV
Equipamentos de Manobra
É um equipamento de manobra, capaz de estabelecer, conduzir e
interromper correntes nas condições normais do circuito, assim como
estabelecer, conduzir durante um tempo especificado e interromper
correntes sob condições anormais especificadas do circuito, tais como as de
curto-circuito.
1- Disjuntores
A principal função dos disjuntores é a interrupção de correntes de falta tão
rapidamente quanto possível, de forma a limitar a um mínimo os possíveis
danos aos equipamentos pelos curto-circuitos.
Também deve interromper correntes normais de carga, correntes de
magnetização de transformadores e reactores e as correntes capacitivas de
bancos de capacitores e linhas em vazio
As manobras são usadas em uma subestação para transferir a carga de
um barramento de alimentação para outro de reserva, por exemplo, no
caso de ser necessária uma manutenção do barramento, ou qualquer tipo
de serviço no mesmo.
Disjuntor 69kV
Os parâmetros considerados para o dimensionamento dos
disjuntores são: tensão nominal, corrente nominal, capacidade de
interrupção nominal de curto-circuito, capacidade de estabelecimento
nominal em curto circuito, duração nominal da corrente de curto-circuito e
sequencia nominal de operações.
2- Chaves Seccionadoras
São equipamentos utilizados para o isolamento ou conexão dos
circuitos em uma Subestação, sendo que deve operar com o circuito já
desenergizado já que não possui método de ruptura de arco voltaico.
As chaves podem ser acompanhadas por lâmina de terra, que
serve para que quando a chave está aberta fazer a manutenção, aterrar o
circuito que foi desligado e, assim evitar qualquer acidente durante a
manutenção.
Chave Seccionadora 69kV
Equipamentos de protecção
1- Pára-raios
Os pára-raios são equipamentos de protecção de uma subestação contra
sobretensões atmosféricas e de manobra. Nas linhas de transmissão existem
cabos pára-raios que servem para absorver as descargas dos raios que atingem
as linhas de transmissão, caso a descarga não seja recebida por esse cabo esta
carga irá através dessa linha até a subestação, onde o pára-raios absorverá
essa descarga para a malha de terra que se dispersará no solo, limitando a
tensão sobre os equipamentos.
Manobras no sistema eléctrico podem causar sobretensões e os pára-raios
podem absorver esses surtos. Actuando como limitadores de tensão,
impedindo que valores acima de um determinado nível preestabelecido
possam alcançar os equipamentos para os quais fornecem protecção.
O sistema de protecção é um dispositivo destinado a detectar anomalias no
sistema eléctrico, actuando sobre um equipamento ou sistema, retirando os
equipamentos com as anormalidades de operação e accionando circuitos de
alarme quando necessário.
Pára-raio 69kV
Um pára-raios é constituído de um elemento resistivo não-linear associado ou
não a. Quando ocorre uma sobretensão, o centelhador dispara e uma corrente
circula pelo resistor não-linear impedindo que a tensão nos seus terminais
ultrapasse um determinado valor.
2- Relés
Os relés têm por finalidade proteger o sistema contra faltas, permitindo através
da actuação sobre disjuntores, o isolamento dos trechos de localização das
faltas.
3- Fusíveis
O fusível se destina a proteger o circuito contra curtos, sendo também um limitador
da corrente de curto. Muito utilizado na indústria para a protecção de motores.
relé digital Relé SEL 451-5.
Subestação Elevadora, SE Transmissão, SE Distribuição e SE Industrial
Geração de Energia Elétrica
Tensão alternada com freqüência fixa e amplitude que varia
conforme a modalidade do atendimento em baixa, média ou alta
tensão.
Essa onda senoidal propaga-se pelo sistema elétrico mantendo a
freqüência constante e modificando a amplitude à medida que
trafegue por transformadores
Rede de Transmissão
Liga as grandes usinas de geração às áreas de grande
consumo.
Apenas poucos consumidores com um alto consumo de energia
elétrica são conectados às redes de transmissão onde predomina a
estrutura de linhas aéreas.
Qualquer falta neste nível pode levar a descontinuidade de
suprimento para um grande número de consumidores, portanto,
sendo permanentemente monitorada e gerenciada por um centro de
controle.
O nível de tensão depende do país, mas normalmente o nível
de tensão estabelecido está entre 220 kV e 765 kV.
Rede de Sub-Transmissão
A rede de sub-transmissão recebe energia da rede de
transmissão com objetivo de transportar energia elétrica a pequenas
cidades ou importantes consumidores industriais
A estrutura dessas redes é em geral em linhas aéreas, por
vezes cabos subterrâneos próximos a centros urbanos fazem
parte da rede.
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SE Energia

  • 1. REDES EREDES E SUBESTAÇÕES DESUBESTAÇÕES DE ENERGIAENERGIA
  • 2. SUMÁRIO: 1- Classificação das Subestações: SE Elevadora, Transmissão, Distribuição e Industrial 1.1 Diagramas: Projectos( documentos ) que compõe uma subestação 2-Arranjos de Barramentos: Arranjos em subestações industriais e subestações de concessionárias 3-Subestações Industriais: Características do arranjo e da protecção 4-Subestações de Concessionárias: Estudo de caso da sinalização, controle e protecção de uma SE
  • 3. CONCEITOS GERAIS Definição Básica de uma Subestação Uma subestação (SE) é um conjunto de equipamentos de manobra e transformação e ainda eventualmente de compensação de reactivos usado para dirigir o fluxo de energia em sistema de potência e possibilitar a sua diversificação através de rotas alternativas, possuindo dispositivos de protecção capazes de detectar os diferentes tipo de faltas que ocorrem no sistema e de isolar os trechos onde estas faltas ocorrem. Classificação das SE’s As subestações podem ser classificadas quanto à sua função e a sua instalação.
  • 4. •Classificação das SE’s quanto a Função no sistema eléctrico •Subestação Transformadora: É aquela que converte a tensão de suprimento para um nível diferente, maior ou menor, sendo designada, respectivamente, SE Transformadora Elevadora e SE Transformadora Abaixadora. Geralmente, uma subestação transformadora próximas aos centros de geração é uma SE elevadora. Subestações no final de um sistema de transmissão, próximas aos centros de carga, ou de suprimento a uma indústria é uma SE transformadora abaixadora. Subestação Seccionadora, de Manobra ou de Chaveamento É aquela que interliga circuitos de suprimento sob o mesmo nível de tensão, possibilitando a sua multiplicação. É também adoptada para possibilitar o seccionamento de circuitos, permitindo sua energização em trechos sucessivos de menor comprimento.
  • 5. Modo de instalação dos equipamentos em relação ao meio ambiente: Subestação Externa ou Ao Tempo É aquela em que os equipamentos são instalados ao tempo e sujeitos portanto às condições atmosféricas desfavoráveis de temperatura, chuva, poluição, vento, etc., as quais desgastam os materiais componentes, exigindo portanto manutenção mais frequente e reduzem a eficácia do isolamento. Subestação Interna ou Abrigada É aquela em que os equipamentos são instalados ao abrigo do tempo, podendo tal abrigo consistir de uma edificação e de uma câmara subterrânea. Subestações abrigadas podem consistir de cubículos metálicos, além de subestações isoladas a gás, tal como o hexafluoreto de enxofre (SF6).
  • 6. Principais Equipamentos de uma Subestação e suas Funções Equipamentos de Transformação • Transformador de força: Transformador de potência WEG (Fonte: Site WEG). É o equipamento base de uma subestação de energia. É ele que eleva ou rebaixa a tensão para os níveis necessários na subestação, além de poder também isolar electricamente circuitos entre si, ajustar as impedâncias, ou todas estas finalidades citadas ao mesmo tempo.
  • 7. PARÂMETROS DO TRANSFORMADOR WEG Enrolamentos: são feitos de cobre com secção normalmente rectangular e o tipo do enrolamento depende da potência e da tensão do transformador. Para tensões mais altas são utilizados enrolamentos em disco e para tensões baixas enrolamento em camadas.  Refrigeração: a refrigeração é fundamental para a segurança operacional e o tempo de vida do transformador. Existem algumas formas de refrigeração: natural onde o calor é absorvido pelo óleo e dissipado através de radiadores, refrigeração onde os radiadores são refrigerados por meio de ventiladores, refrigeração com banco de radiadores separados ou com trocador de óleo/água.  Relé Buchholtz: protege o transformador contra falhas internas que provoquem a produção de gás ou diminuição no nível de óleo.
  • 8. Transformadores de instrumentos (transformadores de corrente e transformadores de potencial (capacitivos ou indutivos): São equipamentos utilizados para adequar os sinais de alta tensão a serem medidos para os instrumentos de medição. Os transformadores de equipamentos são o TC (Transformador de Corrente) e o TP (Transformador de Potencial). Eles são usados para medir tensão, corrente e fator de potência, além de serem utilizados para a proteção da Subestação. Para o dimensionamento dos transformadores são necessários alguns parâmetros, que são Potências nominais, tensão de operação e relação de transformação entre a tensão nominal do primário e do secundário
  • 9. Transformadores de Corrente São equipamentos capazes de produzir proporcionalmente em seu circuito secundário a corrente de seu primário com sua posição de fase mantida, conhecida e adequada para o uso em instrumentos de medição, controle e protecção. Os Transformadores de corrente, quanto a sua função, dividem- se em: • TC’s para medição • TC’s para protecção Transformador de Corrente 69kV
  • 10. Transformadores de Potencial Em sistemas de alta tensão, as medições de tensão não são feitas directamente da rede primária, para isso são utilizados equipamentos denominados transformadores de potencial (TP). Esse equipamento tem como finalidade isolar o circuito de baixa tensão (secundário) do circuito de alta (primário) e de produzir os efeitos transitórios e de regime permanente aplicado ao circuito de alta tensão no circuito de baixa tensão. Quanto ao tipo, os transformadores de potencial podem ser classificados da seguinte forma: • Transformadores de Potencial Indutivos (TPI): é semelhante a um transformador de força conectado a uma pequena carga. São mais utilizados em tensões entre 600V e 69kV; • Transformadores de Potencial Capacitivos (TPC): são constituídos de dois capacitores cujas funções são de divisor de tensão e de acoplar a comunicação via “carrier” ao sistema de potência. Sua utilização é mais frequente em sistemas com tensão maior que 138kV;
  • 11. • Divisores resistivos: são como os capacitivos, mas usando resistores, não são utilizados em sistemas de potência e sua aplicação é feita em circuitos de ensaio e pesquisa em laboratórios; • Divisores mistos (capacitivo e resistivo): é um misto dos dois anteriores, e também não é utilizado em sistemas de potência. Transformador de Potencial Capacitivo 69kV
  • 12. Equipamentos de Manobra É um equipamento de manobra, capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes nas condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir durante um tempo especificado e interromper correntes sob condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito. 1- Disjuntores A principal função dos disjuntores é a interrupção de correntes de falta tão rapidamente quanto possível, de forma a limitar a um mínimo os possíveis danos aos equipamentos pelos curto-circuitos. Também deve interromper correntes normais de carga, correntes de magnetização de transformadores e reactores e as correntes capacitivas de bancos de capacitores e linhas em vazio As manobras são usadas em uma subestação para transferir a carga de um barramento de alimentação para outro de reserva, por exemplo, no caso de ser necessária uma manutenção do barramento, ou qualquer tipo de serviço no mesmo.
  • 13. Disjuntor 69kV Os parâmetros considerados para o dimensionamento dos disjuntores são: tensão nominal, corrente nominal, capacidade de interrupção nominal de curto-circuito, capacidade de estabelecimento nominal em curto circuito, duração nominal da corrente de curto-circuito e sequencia nominal de operações.
  • 14. 2- Chaves Seccionadoras São equipamentos utilizados para o isolamento ou conexão dos circuitos em uma Subestação, sendo que deve operar com o circuito já desenergizado já que não possui método de ruptura de arco voltaico. As chaves podem ser acompanhadas por lâmina de terra, que serve para que quando a chave está aberta fazer a manutenção, aterrar o circuito que foi desligado e, assim evitar qualquer acidente durante a manutenção. Chave Seccionadora 69kV
  • 15. Equipamentos de protecção 1- Pára-raios Os pára-raios são equipamentos de protecção de uma subestação contra sobretensões atmosféricas e de manobra. Nas linhas de transmissão existem cabos pára-raios que servem para absorver as descargas dos raios que atingem as linhas de transmissão, caso a descarga não seja recebida por esse cabo esta carga irá através dessa linha até a subestação, onde o pára-raios absorverá essa descarga para a malha de terra que se dispersará no solo, limitando a tensão sobre os equipamentos. Manobras no sistema eléctrico podem causar sobretensões e os pára-raios podem absorver esses surtos. Actuando como limitadores de tensão, impedindo que valores acima de um determinado nível preestabelecido possam alcançar os equipamentos para os quais fornecem protecção. O sistema de protecção é um dispositivo destinado a detectar anomalias no sistema eléctrico, actuando sobre um equipamento ou sistema, retirando os equipamentos com as anormalidades de operação e accionando circuitos de alarme quando necessário.
  • 16. Pára-raio 69kV Um pára-raios é constituído de um elemento resistivo não-linear associado ou não a. Quando ocorre uma sobretensão, o centelhador dispara e uma corrente circula pelo resistor não-linear impedindo que a tensão nos seus terminais ultrapasse um determinado valor.
  • 17. 2- Relés Os relés têm por finalidade proteger o sistema contra faltas, permitindo através da actuação sobre disjuntores, o isolamento dos trechos de localização das faltas. 3- Fusíveis O fusível se destina a proteger o circuito contra curtos, sendo também um limitador da corrente de curto. Muito utilizado na indústria para a protecção de motores. relé digital Relé SEL 451-5.
  • 18. Subestação Elevadora, SE Transmissão, SE Distribuição e SE Industrial
  • 19. Geração de Energia Elétrica Tensão alternada com freqüência fixa e amplitude que varia conforme a modalidade do atendimento em baixa, média ou alta tensão. Essa onda senoidal propaga-se pelo sistema elétrico mantendo a freqüência constante e modificando a amplitude à medida que trafegue por transformadores
  • 20. Rede de Transmissão Liga as grandes usinas de geração às áreas de grande consumo. Apenas poucos consumidores com um alto consumo de energia elétrica são conectados às redes de transmissão onde predomina a estrutura de linhas aéreas. Qualquer falta neste nível pode levar a descontinuidade de suprimento para um grande número de consumidores, portanto, sendo permanentemente monitorada e gerenciada por um centro de controle. O nível de tensão depende do país, mas normalmente o nível de tensão estabelecido está entre 220 kV e 765 kV.
  • 21. Rede de Sub-Transmissão A rede de sub-transmissão recebe energia da rede de transmissão com objetivo de transportar energia elétrica a pequenas cidades ou importantes consumidores industriais A estrutura dessas redes é em geral em linhas aéreas, por vezes cabos subterrâneos próximos a centros urbanos fazem parte da rede.