arranjos de subestações

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICAENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA

SUBESTAÇÕES

PROFESSOR JOSEMAR

Arranjosde

BarramentosMárcio Rodrigues

&Júlio Carvalho

ARRANJO: Forma de conexão entre linhas,transformadores e cargas de umasubestação.

• Flexibilidade requerida em termos de facilidade de manobras;

• Continuidade e confiabilidade operacionais;

• Manutenções;• Custos de implantação.

Barramento Simples

Vantagens:

• Instalações extremamente simples;

• Manobras simples, normalmente ligar e desligar circuitos alimentadores;

• Custo reduzido.

alimentadores

faca de terra

linha

disjuntor

seccionadora

Barramento SimplesDesvantagens:

• Falha no barramento ou num disjuntor resulta no desligamento da subestação.

• A ampliação do barramento não pode ser realizada sem a completa desenergização da subestação.

• Pode ser usado apenas quando cargas possam ser interrompidas ou tenha-se outras fontes durante uma interrupção.

• A manutenção de disjuntor de alimentadores interrompe totalmente o fornecimento de energia para os consumidores correspondentes.

alimentadores

faca de terra

linha

disjuntor

seccionadora

Duplo Barramento SimplesVantagens:

• Cada circuito tem dois disjuntores dedicados.

• Flexibilidade de conexão de circuitos para a outra barra.

• Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção.

• Fácil recomposição.

Duplo Barramento Simples

Desvantagens:

• Custo mais elevado.

• Perderá metade dos circuitos para falha num disjuntor se os circuitos não estiverem conectados em ambas as barras.

Barramento Simples SeccionadoVantagens:

• Maior continuidade no fornecimento;

• Maior facilidade de execução dos serviços de manutenção;

• Este arranjo pode (é indicado) para funcionar com duas (ou mais) fontes de energia;

• Em caso de falha da barra, somente são desligados os consumidores ligados àseção afetada.

Barramento Simples SeccionadoDesvantagens:

• Não se pode transferir uma linha de uma barra para outra;

• A manutenção de um disjuntor deixa fora de serviço a linha correspondente;

• Esquema de proteção é mais complexo.

Barra Principal e de TransferênciaVantagens:

• Custo inicial e final baixo;

• Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção;

• Equipamentos podem ser adicionados e/ou retirados à barra principal sem maiores dificuldades.

Barra Principal e de TransferênciaDesvantagens:

• Requer um disjuntor extra para conexão com a outra barra;

• As manobras são relativamente complicadas quando se deseja colocar um disjuntor em manutenção;

• Falha no barramento ou num disjuntor resulta no desligamento da subestação.

Barramento Duplo, um Disjuntor

Vantagens:

• Permite alguma flexibilidade com ambas as barras em operação;

• Qualquer uma das barras poderá ser isolada para manutenção;

• Facilidade de transferência dos circuitos de uma barra para outra com o uso de um único disjuntor de transferência e manobras com chaves.

Barra 1

Disj.Barra 2

Barramento Duplo, um Disjuntor

Desvantagens:

• Requer um disjuntor extra (de transferência) para conexão com a outra barra;

• São necessárias quatro chaves por circuito;

• A proteção do barramento pode causar a perda da subestação quando esta operar com todos os circuitos num único barramento;

• Alta exposição a falhas no barramento;

• Falha no disjuntor de transferência pode colocar a subestação fora de serviço.

Barra 1

Disj.Barra 2

Barramento Duplo, Duplo Disjuntor

Vantagens:• Arranjo mais completo;• Muito mais flexível;• Maior confiabilidade.

Desvantagem:• Muito mais caro.

Aplicação:• Instalações de grande

potência (UHV);• Continuidade de fornecimento.

A

B

D11

D12

D21

D22

Barramento Duplo com Disjuntor e Meio

Vantagens:

• Maior flexibilidade de manobra;

• Rábida recomposição;

• Falha nos disjuntores adjacentes às barrasretiram apenas um circuitode serviço;

• Chaveamento independente por disjuntor;

B

A


Vantagens:

• Manobras simples comrelação ao chaveamento;

• Qualquer uma das barras poderá ser retirada deserviço a qualquer tempopara manutenção;

• Falha num dos barramentosnão retira circuitos de serviço.

B

A


Desvantagens:

• Um e meio disjuntor por circuito;

• Chaveamento e religamento automático envolvem demasiado número de operações além do disjuntor intermediário e circuitos agregados.

B

A

Barramento em Anel

Vantagens:

• Custo inicial e final baixo;

• Flexibilidade de manutençãonos disjuntores;

• Qualquer disjuntor pode ser removido para manutençãosem interrupção da carga;

Barramento em Anel

Vantagens:

• Necessita apenas um disjuntor por circuito;

• Não utiliza barra principal;

• Cada circuito é alimentado através de disjuntores;

• Todas as chaves abrem os disjuntores.

Barramento em Anel

Desvantagens:

• Se uma falta ocorre durante a manutenção de um disjuntor o anel pode ser separado em duas seções;

• Religamento automático e circuitos de proteção relativamente complexos.

Barramento em Anel

Desvantagens:

• Para efetuar a manutenção num dado equipamento a proteção deixará de atuar durante esse período;

• Falha no disjuntor durante uma falta em um dos circuitos causaa perda de um circuito adicional pois, um disjuntor já está fora de operação.

Barramento em Anel

Desvantagens:

• Necessidade de equipamentosem todos os circuitos por não haver referência de potencial neste arranjo.Esses equipamentos são necessários em todos os casos para sincronização, linha viva ou indicação de tensão.

BARRAMENTOS ELÉTRICOS

BARRAMENTOS FLEXÍVEIS• SUBESTAÇÕES DE 13,8kV a 34,5kV.

• BARRAMENTOS COM CONDUTORES DE COBRE.

• BAIXA RESISTIVIDADE, BOA RESISTÊNCIA MECÂNICA, ALTA CAPACIDADE DE TROCA DE CALOR COM O AMBIENTE.


BARRAMENTOS RÍGIDOS• SUBESTAÇÕES DE 138kV a 500kV.

• BARRAMENTOS COM CONDUTORES DE ALUMÍNIO.

• SUPORTAM GRANDES CORRENTES DE CARGA E DE CURTO-CIRCUITO.


CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO:

• CRITÉRIO ELÉTRICO

• CRITÉRIO TÉRMICO

• CRITÉRIO MECÂNICO

BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOSCRITÉRIO ELÉTRICOCRITÉRIO ELÉTRICOCorrente Nominal: a determinação é feita quando há Corrente Nominal: a determinação é feita quando há equilíbrio térmico entre o calor gerado pela corrente ao equilíbrio térmico entre o calor gerado pela corrente ao passar pelo condutor por efeito Joule e o calor dissipado passar pelo condutor por efeito Joule e o calor dissipado no ambiente.no ambiente.

Fabricantes determinam a capacidade de condução dos Fabricantes determinam a capacidade de condução dos barramentos através de processos experimentais e barramentos através de processos experimentais e ensaios.ensaios.

Tabelas de fabricantes relacionam diâmetro do Tabelas de fabricantes relacionam diâmetro do barramento, corrente nominal e temperatura.barramento, corrente nominal e temperatura.

BARRAMENTOS ELÉTRICOSTABELA Corrente nominal conforme normas NEMA

Temperatura Ambiente 40oC - Temperatura do Tubo 70oC

DIÂMETRODO TUBO

IPS

CAPACIDADE EM AMPERES – 60 HzINSTALAÇÃO ABRIGADA INSTALAÇÃO AO TEMPO

“STANDARD” EXTRAPESADO

“STANDARD” EXTRAPESADO

1” 590 680 700 840

1 ½” 840 1000 1010 1200

2” 1100 1215 1320 1460

2 ½” 1490 1610 1790 1930

3” 1765 2050 2120 2450

3 ½” 2030 2300 2400 2720

4” 2300 2650 2720 3130

4 ½” 2730 3180 3220 3760

5” 3100 3650 3660 4300

6” 3860 4600 4560 5400

BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOSCRITÉRIO TÉRMICOCRITÉRIO TÉRMICOEvitar recozimento do barramento durante o tempo de Evitar recozimento do barramento durante o tempo de curtocurto--circuito.circuito.

Para correntes de curtoPara correntes de curto--circuito todo calor produzido na circuito todo calor produzido na barra causa aumento de temperatura, porque devido ao barra causa aumento de temperatura, porque devido ao curto tempo de existência da falha não existem perdas curto tempo de existência da falha não existem perdas por radiação.por radiação.

Parâmetros considerados: área de seção do Parâmetros considerados: área de seção do barramento, tipo do material, duração do curtobarramento, tipo do material, duração do curto--circuito e circuito e temperatura inicial e final do barramento.temperatura inicial e final do barramento.


A liga GB-D50SWP da ALCAN tem a seguinte equação para o aumento de calor devido às correntes de curto circuito:

258258101018,2 10

4

++=

IFg

TSxxIcc

θθ

Icc - corrente de curto circuito em AmperesθF - temperatura final do tubo ºC (após a falha)θI - temperatura inicial do tubo ºCS - seção do tubo em cm2

T - tempo de duração da falha em segundos.

BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOSCRITÉRIO MECÂNICOCRITÉRIO MECÂNICOEsforços mecânicos: peso próprio do barramento, peso Esforços mecânicos: peso próprio do barramento, peso dos acessórios, carga do vento e carga do curtodos acessórios, carga do vento e carga do curto--circuito.circuito.

Cálculo de momento fletor, máxima tensão de tração, Cálculo de momento fletor, máxima tensão de tração, esforços dos ventos sobre o barramento e esforços esforços dos ventos sobre o barramento e esforços devido a curtodevido a curto--circuitos.circuitos.


Equações para cálculo esforços mecânicos (Barramento tubular):

Momento fletor máximo

Máxima tensão de tração

Máxima deflexão

8

2WLM =

YM=σ

EJWLf

3845 4

=

BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOSEquações para cálculo de esforços mecânicos:

Esforços de ventos sobre o barramento:

P: pressão do vento em kgf/m2

V: velocidade do vento em km/h

2.0045,0 VP =

BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOSEquações para cálculo de esforços mecânicos:

Força sob efeito de curto-circuito:

Fb: força em NewtonIcc: corrente de curto circuito simétrica em amperes a: distância entre fases em cml: distância entre pontos de apoio em cm

).(.10.22,11 222

7 aala

iccFb −+= −

BARRAMENTOS ELÉTRICOSBARRAMENTOS ELÉTRICOSDISPONIBILIZAÇÃO DE CÓPIA DO TRABALHODISPONIBILIZAÇÃO DE CÓPIA DO TRABALHO

Solicitar via eSolicitar via e--mail:mail:

[email protected]@LACTEC.ORG.BR

[email protected] [email protected]

arranjos de subestações

Documents