al 0143 - 1 - subestações energia elétrica -1_ 2011
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Curso de Engenharia Elétrica 1/50
Subestações de Energia
Parte 1
José Wagner Maciel KaehlerProfessor Dr. Eng.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPACURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Curso de Engenharia Elétrica 2/50
Subestações de Energia Elétrica
Programa de Curso
Curso de Engenharia Elétrica 3/50
Programa de Curso: Subestações de Energia Elétrica
Objetivos Compreender, classificar e especificar sistemas e equipamentos de
subestações de transmissão e de distribuição de energia elétrica,adquirindo subsídios básicos para a execução e a coordenação deprojetos de subestações transformadoras de energia elétrica em sistemasde energia.
Competências e Habilidades Desenvolver estudos de fundamentação técnica, econômica e ambiental de
projetos de subestações transformadoras de energia elétrica em sistemasde potência, proporcionando a base para os estudos de viabilidade e deimpacto.
Ementa O Sistema Elétrico de Potência - Subestações
Arranjos e dimensionamento: Tipos, Arranjos
Curto-circuito e sua proteção
Aterramentos e Blindagens
Sobretensões, Isolamentos e Coordenação de Isolamento
Especificações para os equipamentos principais
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Programa de Curso: Subestações de Energia Elétrica
PROGRAMA O Sistema Elétrico Nacional - SIN
O Sistema Elétrico de Potência - Subestações
Conceitos Elementares para o Projeto
Arranjos e dimensionamento: Tipos, Arranjos
Principais Componentes
Curto-circuito e sua proteção
Aterramentos e Blindagens
Sobretensões, Isolamentos e Coordenação de Isolamento
Sistemas de Proteção Automação e Controle
Especificações para os equipamentos principais
Dimensionamento de Estruturas, Barramentos e Conexões
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Programa de Curso: Subestações de Energia Elétrica
BIBLIOGRAFIA
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
ABB; Electrical Transmission and Distribution Reference Book; 1997
ABB; Switchgear Manual; 2006
IEEE; 1127-19; ; Guide for the Design, Construction and Operation of ElectricPower Substations for Community Acceptance and Environmental; 1998
Bayliss & Hardy; Transmission and Distribution Electrical Engineering; 2006
Bibliografia Complementar ABB; Testing of Power Transformers: Routine Tests, Type Tests and Special
Tests; 2003
Hedman; ELETROBRAS- UFSM; PTI Série Vol 8: Coordenação do Isolamento;1979
McDonald, John D.; CRC PRESS; Electric Power Substation Engineering; 2003
Menezes, Amaury Alves; Conquista; Subestações e Pátio de Manobras de UsinasElétricas - Vol I e II; 1976
Zanetta Junior, Luiz Cera; Transitórios Eletromagnéticos em Sistemas dePotência; 2003
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Programa de Curso: Subestações de Energia Elétrica
Bibliobrafia
Material de Apoio
ABNT – NBR:5356; Transformador de Potência; 1993
ABNT – NBR:5416; Aplicação de Cargas em Transformadores de Potência -Procedimento; 1987
ABNT – NBR:6855; Transformador de Potencial Indutivo; 1992
ABNT – NBR:6856; Transformador de Corrente; 1992
ABNT – NBR:6939; Coordenação do Isolamento - Procedimento; 2000
ABNT – NBR:8186; Guia de Aplicação de Coordenação de Isolamento; 1983
ABNT – NBR:10020; Transformador de Potencial de Tensão Máxima de 15kV, 24,2 kV e 36,2 kV - Características Elétricas e Construtiva; 1987
ABNT – NBR:10021; Transformador de Corrente de Tensão Máxima de 15kV, 24,2 kV e 36,2 kV - Características Elétricas e Construtiva; 1987
ABNT – NBR:10022; Transformador de Potencial com Tensão MáximaAplicada igual ou superior a 72,5 kV - Características Específicas; 1987
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Programa de Curso: Subestações de Energia Elétrica
Bibliobrafia
Material de Apoio
ABNT – NBR:10023; Transformador de Corrente com Tensão Máxima Aplicada igualou superior a 72,5 kV - Características Específicas; 1987
ABNT – NBR:10201; Divisores Indutivos de Potencial; 1988
ABNT – NBR: 10295; Transformadores de Potência Secos; 1988
ABNT – NBR:11191; PB-1439: Subestações de Distribuição Tipo I- 69-34,5 ou 13,8 kVaté 5 MVA e 34,5 kV, 13,8 kV até 3,75 MVA - Diagramas Unifilares e Arranjos deSubestações; 1989
ABNT – NBR:12522; Símbolos Gráficos de Produção e Conversão de Energia Elétrica;1992
ABNT – NBR:12523; Símbolos Gráficos de Equipamentos de Manobra e Controle deDispositivos de Proteção; 1992
ABNT – NBR:14039; Instalações Elétricas de Méida Tensão de 1,0 kV a 36,2 kV; 2005
ABNT – NBR-IEC:60694; Especificações comuns para normas de equipamentos demanobra de alta-tensão e mecanismos de comando; 2007
ABNT – NBR-IEC:62271-100; Equipamentos de Alta Tensão: Disjuntores de AltaTensão de Corrente Alternada; 2007
ABNT – NBR-IEC:62271-102; Equipamentos de Alta Tensão: Seccionadores e Chavesde Aterramento; 2007
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Subestações de Energia
Elevadoras de Usinas
Transmissoras e de Interligação
Distribuição
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Considerações Iniciais
A finalidade desta apresentação é a de resumir o conteúdo doprograma, visando minimizar o tempo gasto com anotações.
Servem como guia de estudo e não como livro-texto.
Dá uma visão geral do Planejamento de Longo Prazo do SEP.
Para responder a todas as questões é preciso estudo maisaprofundado da bibliografia recomendada.
Constitui-se num roteiro para estudo, portanto não substituitextos consagrados pela abrangência e clareza.
Bibliografia abrangente é indicada.
O aprimoramento desta apresentação será conseguido com acontribuição dos alunos, através de comentários e sugestões.
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Recursos Energéticos: Carvão Mineral
EnergiaPrimária
Conversãode Energia
Tecnologia deUso Final
Transporte deEnergia
EnergiaÚtil
ServiçoPrestado
CarvãoMineral
CentralTermoelétrica
Transmissão eDistribuição
EnergiaRadiante
Luminária Iluminação
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Recursos Energéticos: Energia SolarEnergiaPrimária
Conversãode Energia
Tecnologia deUso Final
Transporte deEnergia
EnergiaÚtil
ServiçoPrestado
EnergiaSolar
CentralFotovoltaica
EólicaHidráulicaBiomassa
Transmissão eDistribuição
EnergiaRadiante
Luminária Iluminação
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Exploração Integrada dos RecursosEnergéticos: Enfoque Oferta x Demanda
Usos Finais em Serviços e Processos Produtivos
UsoX
ProcessoY
ProcessoX
UsoY
UsoW
UsoZTecnologia
Energética
BensServiçosEnergia
MateriaisProdutosEnergiaMão de Obra
Resíduos e Rejeitos
Tecnologia VigenteTecnologia Inovadora
S
Energia AparenteEvitada
P
Q
P
Q
22 QPS 22 QPS
Perfis de Consumo EnergéticoS S
Perfis de Uso/Processo
UU
Cientes e Usuários
ClienteTipo
ClienteTipo
ClienteTipo
ClienteTipo
ClienteTipo
Setores Sócio-econômicos
Residencial Comercial Comércioe Serviços
PoderPúblico eServiçosEnergético Não Energético Rural
Industrial
Sistema de Suprimento
Sistema de Transporte
Sistema de Distribuição
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Gestão de Energia pelo Lado daOferta
Produção Centralizada: Usinas, Refinarias, Centraisde Compressão e Estocagem de Gás Natural
Transporte: Linhas de Transmissão, Gasodutos,Oleodutos, Navios Tanques
Centrais de Transformação: Subestações, Site-gates,Compensadores, Reguladores, Estocagem
Distribuição: Redes Primárias e Secundárias dedistribuição de Energia Elétrica e Gás Natural
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SISTEMA DE POTÊNCIA
Centrais hidroelétricas
termoelétricas
Rede de transporte
linhas de transmissão
subestações
Rede de distribuição
média tensão (ramal AT)
baixa tensão
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SISTEMA DE POTÊNCIA
Características particulares:
A eletricidade não é estocável em grande escala
A demanda é extremamente flutuante
O tempo para construção de centrais é grande
As centrais têm particularidades defuncionamento
A tarifa é uma dimensão temporal (tempo)
A previsão a longo prazo é importante
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SISTEMA DE POTÊNCIA
Características operacionais:
Maximização da qualidade
Freqüência constante (dentro de limites)
Tensão constante (dentro de limites)
Nível de harmônicas dentro de limites
Maximização do tempo de fornecimento
Minimização do custo do serviço
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Plano Decenal de Expansão deEnergia
PDE 2009 – 2019
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Subestações
Conceitos Elementares para oProjeto
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Identificação de Componentes em diagramas Unifilares
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Simbologia dos Diagramas
Norma ABNT, Símbolos Gráficos para Produção e Conversão de Energia Elétrica, NBR-12522, Abril de 1992.
Norma ABNT, Símbolos Gráficos para Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica,NBR-12523, Abril de 1992.
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Simbologia dos Diagramas
Norma ABNT, Símbolos Gráficos para Produção e Conversão de Energia Elétrica, NBR-12522, Abril de1992.
Norma ABNT, Símbolos Gráficos para Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica, NBR-12523, Abrilde 1992.
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Simbologia dos Diagramas
Norma ABNT, Símbolos Gráficos para Produção e Conversão de Energia Elétrica, NBR-12522, Abril de1992.
Norma ABNT, Símbolos Gráficos para Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica, NBR-12523, Abrilde 1992.
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Representação em Diagrama Unifilar deSistemas Elétricos de Potência
1. Gerador Trifásico em Corrente Alternadanas tensões de 6,6 kV até 25 kV. PadrãoTípico: 13,8 kV
2. Transformador Trifásico da Usina
3. Linha de Transmissão em CorrenteAlternada, nas tensões: 34,5; 69, 138; 230;525 e 750 kV
4. Transformador Rebaixador, junto à carganas tensões secundárias de 13,8; 23,0;34,5; 69; 138; 230 kV
5. Transformadores de Distribuição paraentrega aos clientes nas tensõessecundárias de 127/220 V; 380/440 V; 13,8;23,0; 34,5; 69; 138 kV
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Requisitos de uma Instalação
Eficiência e Eficácia Energética Garantir continuidade e qualidade da capacidade de
transformação;
Proporcionar proteção seletiva em caso de faltaassegurando a continuidade dos demais serviços;
Garantir a segurança das instalações e dos operadores emantenedores da subestação frente a situações de falha ede defeito, garantindo o mínimo risco à vida dos usuários;
Vida Útil Garantir a rentabilidade econômica e financeira do
empreendimento
Assegurar a preservação ambiental e social da instalação,assegurando o mínimo impacto
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Requisitos Gerais de Projeto de Sistema Eletro-energéticos
Operação em condições normais do sistema,sem interrupções de serviço, inexistindocurtos-circuitos e circuitos abertos;
Prevenção de falhas, assegurandoconfiabilidade e economia dentro dehorizontes de vida útil compatível com aremuneração dos investimentos;
Operação dos sistemas com o mínimo deconsequências das falhas.
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Características Gerais de Projeto de Sistema Eletro-energéticos
Os sistemas radiais são inerentemente osmenos confiáveis, podendo afetardrasticamente o atendimento do mercado emcondições de falha do sistema;
Os circuitos em malha são mais confiáveis,dando alternativas de atendimento domercado;
A diversidade de pontos de atendimentogarante a confiabilidade e a continuidade desuprimento, porém impacta economicamenteno estabelecimento da infraestrutura eletro-energética, devendo ser portantoremunerada por esta garantia adicional;
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Características Gerais de Projeto de Sistema Eletro-energéticos
Em condições de falha por curto-circuito no sistema,a limitação das correntes de fará necessária por: Correta adequação e compatibilidade da proteção visando
limitar o tempo de defeito;
Emprego de limitadores de corrente, oferecendo altaimpedância nos momentos de falha;
Uso de transformadores de potência com impedânciaelevada, se as condições de regulação de tensão opermitirem
Garantir que os esforços eletro-mecânicos e térmicos sejamsuportados pelos condutores, barramentos e isoladores;
Os disjuntores devem ter capacidade de ruptura aderente àspotências de curtos-circuitos verificadas;
Prever alternativas de restabelecimento e remanejo decargas
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Subestações de Sistemas Elétricos dePotência:
Elevadoras de usinas;
Transmissão ou de interligação
Distribuição Primária
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Subestações Elevadoras de Usinas
Requisitos Fundamentais Capacidade,
Confiabilidade e
Continuidade da Geração
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Subestações Elevadoras de Usinas Barramento Simples
Baixa confiabilidade;
Baixo custo
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Subestações Elevadoras de Usinas
Barra de Transferência
Melhor confiabilidade;
Custo Significativo
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Subestações Elevadoras de Usinas
Barra Coletoras Duplas
Excelente confiabilidade;
Elevado custo
– Garante continuidade
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Subestações Elevadoras de Usinas
Barra Coletoras Duplas com Disjuntor
Elevadíssima confiabilidade;
Altíssimo custo
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Subestações de Transmissão ou deinterligação
Barra Dupla com disjuntor em paralelo
Idem com Barra de Transferência
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Subestações de Transmissão ou deinterligação
Simplificação do Esquema com duplojogo de Barras coletoras
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Subestações de Transmissão ou de interligação
Simplificação do Esquema com duplo jogo de Barras coletoras edisjuntores de linha
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Subestações de Distribuição oude Tensões Secundárias
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Subestações Transformadoras de Energia
Características Elétricas Gerais Tensões de Operação;
Nominal Máxima do Sistemas Máxima do Projeto dos Equipamentos;
Nível de Isolamento dos Equipamentos; Correntes máximas de trabalho
Nominal Máxima de Serviço
Correntes de Curto-Circuito esperadas. Função dos diferentes tipos de faltas
Subestações Elevadoras de Usinas Deve ser previsto dois sistemas, sendo um de conexão ao sistema
de transmissão e outro para os serviços auxiliares da usina
Subestações de Transmissão e de Distribuição Existem situações de mais de dois níveis de tensão secundária,
por transformadores próprios ou por enrolamentos terciários.
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Classificação das subestações transformadoras de energia
Regulação de Tensão e Reativos A regulamentação do Setor Elétrico estabelece padrões dos
níveis de tensão nominal, sendo admitido pequenas variaçõesde entorno. (Resolução nº 395 de 15.12.2009 da ANEEL)
Solução: Uso de comutadores sob carga
A carga reativa afeta diretamente a regulação de tensão
Solução A compensação de reativos indutivos e capacitivos deve ser feita
somente para compensar os requisitos dos equipamentos dosistemas elétrico propriamente dito;
A compensação de reativos indutivos e capacitivos das cargas dosclientes deve ser feita por estes, junto às mesmas.
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1º Exercício de Fixação: Arranjos em Subestações de Potência
Num arranjo tipo 1 Disjuntor e Meio qual alimitação de teremos que observar em casode saída de um dos mesmos paramanutenção?
Os disjuntores desaída tem que tercapacidade deassumir a cargade ambos aslinhas de saída
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2º Exercício de Fixação: Arranjos em Subestações de Potência
Se um dos disjuntores de saída estiverdesligado o que ocorrerá com a carga domesmo se houver a comutação?
A carga destalinha terá que serdesligada durantea comutação.
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3º Exercício de Fixação: Arranjos em Subestações de Potência
Qual a influência na proteção que este tipode arranjo tem?
O ajuste daproteção deve serfeito somenteconsiderando umadas cargas de linhae não a conjunçãodas mesmas em ummesmo lado.
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3º Exercício de Fixação: Arranjos em Subestações dePotência
Compare a alternativa proposta usando aopção de 1 disjuntor e meio e seccionadoresde ultrapassagem.
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Visita Técnica à Subestação CEEE-GT: Alegrete 2
Dia 30/03/2011 pela manhã
Saída da UNIPAMPA as 08:00 encontro na frente daSubestação as 8:30
Requisitos:
Calça comprida
Calçados fechados
Camisa, camiseta ou blusa de preferência de algodão
Levar prancheta de anotação e câmara fotográfica
Detalhar em relatório técnico individual a conformação dasubestação, em particular os componentes de cada módulo deconexão e barramentos de AT, MT e BT
Observar os módulos de entrada e saída de LT’s eAlimentadores, os Cabos de Cobertura e a Malha de Terra.
Entrega 27/04/2011
