AL 0143 - 1 - Subestações Energia Elétrica -1_ 2011

Curso de Engenharia Elétrica

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

Subestações de Energia Parte 1

José Wagner Maciel Kaehler Professor Dr. Eng. [email protected]

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Subestações de Energia Elétrica

Programa de Curso

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Programa de Curso: Subestações de Energia Elétrica 

Objetivos 

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Competências e Habilidades 



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 de projetos de subestações transformadoras de energia elétrica em sistemas de energia. Desenvolver estudos de fundamentação técnica, econômica e ambiental de projetos de subestações transformadoras de energia elétrica em sistemas de potência, proporcionando a base para os estudos de viabilidade e de impacto.

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 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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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 Electric Power 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 Usinas Elétricas - Vol I e II; 1976 Zanetta Junior, Luiz Cera; Transitórios Eletromagnéticos em Sistemas de Potência; 2003

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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 15 kV, 24,2 kV e 36,2 kV - Características Elétricas e Construtiva; 1987 ABNT – NBR:10021; Transformador de Corrente de Tensão Máxima de 15 kV, 24,2 kV e 36,2 kV - Características Elétricas e Construtiva; 1987 ABNT – NBR:10022; Transformador de Potencial com Tensão Máxima Aplicada igual ou superior a 72,5 kV - Características Específicas; 1987

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Bibliobrafia 

Material de Apoio    

     

ABNT – NBR:10023; Transformador de Corrente com Tensão Máxima Aplicada igual ou 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 kV até 5 MVA e 34,5 kV, 13,8 kV até 3,75 MVA - Diagramas Unifilares e Arranjos de Subestações; 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 de Dispositivos 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 de manobra de alta-tensão e mecanismos de comando; 2007 ABNT – NBR-IEC:62271-100; Equipamentos de Alta Tensão: Disjuntores de Alta Tensão de Corrente Alternada; 2007 ABNT – NBR-IEC:62271-102; Equipamentos de Alta Tensão: Seccionadores e Chaves de 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 do programa, 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 mais aprofundado da bibliografia recomendada. Constitui-se num roteiro para estudo, portanto não substitui textos consagrados pela abrangência e clareza. Bibliografia abrangente é indicada. O aprimoramento desta apresentação será conseguido com a contribuição dos alunos, através de comentários e sugestões.

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Recursos Energéticos: Carvão Mineral Energia Primária

Carvão Mineral

Conversão de Energia

Central Termoelétrica

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Transporte de Energia

Transmissão e Distribuição

Tecnologia de Uso Final

Luminária

Energia Útil

Energia Radiante

Serviço Prestado

Iluminação


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Recursos Energéticos: Energia Solar Energia Primária

Energia Solar

Conversão de Energia

Central Fotovoltaica Eólica Hidráulica Biomassa

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Transporte de Energia

Transmissão e Distribuição

Tecnologia de Uso Final

Luminária

Energia Útil

Serviço Prestado

Energia Radiante

Iluminação


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Energia Aparente Evitada

Sistema de Suprimento

S

P2 Q 2

S

P2 Q 2

Sistema de Transporte P

P

Q

Q Sistema de Distribuição Exploração Integrada dos Recursos Energéticos: Enfoque Oferta x Demanda

Tecnologia Inovadora S

Tecnologia Vigente

Perfis de Consumo Energético

S

Industrial

Residencial

Comercial

Energético

Não Energético

Comércio e Serviços

Rural

Poder Público e Serviços

Setores Sócio-econômicos Cliente Tipo

Perfis de Uso/Processo

U

Materiais Produtos Energia Mão de Obra

U

Tecnologia Energética

[email protected] Resíduos e Rejeitos

Cliente Tipo

Cliente Tipo

Cliente Tipo

Cliente Tipo

Processo X

Processo Y

Cientes e Usuários Bens Serviços Energia

Uso X

Uso Y

Uso W

Uso Z

Usos Finais em Serviços e Processos Produtivos


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Gestão de Energia pelo Lado da Oferta 

Produção Centralizada: Usinas, Refinarias, Centrais de 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 de distribuição de Energia Elétrica e Gás Natural

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SISTEMA ELETRO-ENERGÉTICO

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ESTRUTURA DE UM SISTEMA DE POTÊNCIA

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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 [email protected]

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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 de funcionamento A tarifa é uma dimensão temporal (tempo) A previsão a longo prazo é importante [email protected]


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 [email protected]

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Plano Decenal de Expansão de Energia PDE 2009 – 2019

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Subestações

Conceitos Elementares para o Projeto

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Subestações de Energia Elétrica

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Diagramas Unifilares

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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, NBR12522, Abril de 1992. Norma ABNT, Símbolos Gráficos para Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica, NBR-12523, Abril de 1992.

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 

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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 

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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Representação em Diagrama Unifilar de Sistemas Elétricos de Potência 1. 2. 3. 4. 5.

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Gerador Trifásico em Corrente Alternada nas tensões de 6,6 kV até 25 kV. Padrão Típico: 13,8 kV Transformador Trifásico da Usina Linha de Transmissão em Corrente Alternada, nas tensões: 34,5; 69, 138; 230; 525 e 750 kV Transformador Rebaixador, junto à carga nas tensões secundárias de 13,8; 23,0; 34,5; 69; 138; 230 kV Transformadores de Distribuição para entrega aos clientes nas tensões secundárias de 127/220 V; 380/440 V; 13,8; 23,0; 34,5; 69; 138 kV


Requisitos de uma Instalação 

Eficiência e Eficácia Energética Garantir continuidade e qualidade da capacidade de transformação;  Proporcionar proteção seletiva em caso de falta assegurando a continuidade dos demais serviços;  Garantir a segurança das instalações e dos operadores e mantenedores da subestação frente a situações de falha e de 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, inexistindo curtos-circuitos e circuitos abertos;  Prevenção de falhas, assegurando confiabilidade e economia dentro de horizontes de vida útil compatível com a remuneração dos investimentos;  Operação dos sistemas com o mínimo de consequências das falhas. [email protected]


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Características Gerais de Projeto de Sistema Eletro-energéticos  Os

sistemas radiais são inerentemente os menos confiáveis, podendo afetar drasticamente o atendimento do mercado em condições de falha do sistema;  Os circuitos em malha são mais confiáveis, dando alternativas de atendimento do mercado;  A diversidade de pontos de atendimento garante a confiabilidade e a continuidade de suprimento, porém impacta economicamente no estabelecimento da infraestrutura eletroenergética, devendo ser portanto remunerada por esta garantia adicional; [email protected]


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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 alta impedância nos momentos de falha;  Uso de transformadores de potência com impedância elevada, se as condições de regulação de tensão o permitirem  Garantir que os esforços eletro-mecânicos e térmicos sejam suportados pelos condutores, barramentos e isoladores;  Os disjuntores devem ter capacidade de ruptura aderente às potências de curtos-circuitos verificadas;  Prever alternativas de restabelecimento e remanejo de cargas 

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Classificação das subestações transformadoras de energia  Subestações

de Sistemas Elétricos de

Potência:

 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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Barra de Transferência  

Melhor confiabilidade; Custo Significativo

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Barra Coletoras Duplas  

Excelente confiabilidade; Elevado custo – Garante continuidade

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Barra Coletoras Duplas com Disjuntor  

Elevadíssima confiabilidade; Altíssimo custo

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Subestações de Transmissão ou de interligação  

Barra Dupla com disjuntor em paralelo Idem com Barra de Transferência

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Subestações de Transmissão ou de interligação 

Simplificação do Esquema com duplo jogo de Barras coletoras

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Subestações de Transmissão ou de interligação 

Simplificação do Esquema com duplo jogo de Barras coletoras e disjuntores de linha

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Subestações de Distribuição ou de Tensões Secundárias

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Subestações Transformadoras de Energia 

Características Elétricas Gerais 

Tensões de Operação;   

 

Nível de Isolamento dos Equipamentos; Correntes máximas de trabalho 

Nominal Máxima de Serviço



Função dos diferentes tipos de faltas







Correntes de Curto-Circuito esperadas.




Nominal Máxima do Sistemas Máxima do Projeto dos Equipamentos;

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 variações de 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 do sistemas elétrico propriamente dito; A compensação de reativos indutivos e capacitivos das cargas dos clientes 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 a limitação de teremos que observar em caso de saída de um dos mesmos para manutenção?

 Os

disjuntores de saída tem que ter capacidade de assumir a carga de ambos as linhas de saída

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2º Exercício de Fixação: Arranjos em Subestações de Potência  Se

um dos disjuntores de saída estiver desligado o que ocorrerá com a carga do mesmo se houver a comutação?

A

carga desta linha terá que ser desligada durante a comutação.

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3º Exercício de Fixação: Arranjos em Subestações de Potência  Qual

a influência na proteção que este tipo de arranjo tem?

O

ajuste da proteção deve ser feito somente considerando uma das cargas de linha e não a conjunção das mesmas em um mesmo lado.

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3º Exercício de Fixação: Arranjos em Subestações de Potência  Compare

a alternativa proposta usando a opção de 1 disjuntor e meio e seccionadores de 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 da Subestação 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 da subestação, em particular os componentes de cada módulo de conexão e barramentos de AT, MT e BT Observar os módulos de entrada e saída de LT’s e Alimentadores, os Cabos de Cobertura e a Malha de Terra. Entrega 27/04/2011

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Localização Geográfica da SE Alegrete 2

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