Subestação Concepção e Projecto Celso Silva Filipe Rocha José Alexandre
[CONCEPÇÃO E PROJECTO] PROJECTO] Projecto académico de uma subestação 60/15 kV no âmbito do Mestrado Integrado de Engenharia Electrotécnica e de Computadores da Faculdade de Engenharia do Porto
ÍNDICE 1. 2. 3.
JUSTIFICAÇÃO..................................................................................................................................................... JUSTIFICAÇÃO..................................................................................................................................................... 4 LOCALIZAÇÃO ..................................................................................................................................................... 4 CONSTITUIÇÃO ................................................................................................................................................... 4 3.1 Generalidades ......................................................................................................................................................4 3.1.1
Subestação exterior .........................................................................................................................................5
3.1.2
Subestação interior.......................................................................................................................................... interior ..........................................................................................................................................5
3.1.3
Quadro de Comando e Serviços Auxiliares...................................................................................................... Auxiliares ......................................................................................................5
3.2
4. 5.
ESQUEMAS UNIFILARES .......................................................................................................................................6
3.2.1
Esquema Unifilar de 60kV................................................................................................................................ 60kV ................................................................................................................................6
3.2.2
Esquema Unifilar de 15kV................................................................................................................................ 15kV ................................................................................................................................6
MONTAGEM....................................................................................................................................................... MONTAGEM ....................................................................................................................................................... 7 APARELHAGEM .................................................................................................................................................. 8 5.1 ESTRUTURAS E FERRAGENS .................................................................................................................................8 5.2
APARELHOS DE 60kV ............................................................................................................................................8
5.3
EQUIPAMENTO DE 15kV ....................................................................................................................................10 10
5.3.1
Quadro de 15kV .............................................................................................................................................10 10
5.3.1.1 5.3.2
Composição do Normabloco................................................................................................................. Normabloco .................................................................................................................10 10
Pára‐Raios de 15Kv ........................................................................................................................................11 11
5.3.3 ............................................................................................................................................................................11 5.3.4
Transformador Serviços Auxiliares, trifásico, em banho de óleo .................................................................. ..................................................................11 11
5.3.5 ............................................................................................................................................................................11 5.4 5.4.1
QUADRO DE COMANDO E SERVIÇOS AUXILIARES .............................................................................................11 11 Painel 1 – Serviços Auxiliares de C.A. e C.C.................................................................................................... C.C....................................................................................................11 11
5.4.2 ............................................................................................................................................................................11
6.
5.4.3
Painel 2 – 60kV............................................................................................................................................... 60kV...............................................................................................................................................11 11
5.4.4
Painel 3 – Contagem ......................................................................................................................................12 12
5.4.5
FONTES DE ALIMENTAÇÃO DOS SERVIÇOS AUXILIARES................................................................................ AUXILIARES ................................................................................12 12
5.4.6
Corrente Alternada ........................................................................................................................................12 12
5.4.7
Corrente Contínua .........................................................................................................................................12 12
LIGAÇÕES ......................................................................................................................................................... 13 6.1 EM 60kV E 15kV .................................................................................................................................................13 6.1.1
Rígidas............................................................................................................................................................ Rígidas ............................................................................................................................................................13
6.1.2
Ligadores........................................................................................................................................................ Ligadores........................................................................................................................................................13
6.2 6.2.1 6.3
EM 15kV .............................................................................................................................................................13 Cabos Isolados ...............................................................................................................................................13 13 LIGAÇÕES À TERRA .............................................................................................................................................14 14
Concepção e Projecto
7. 8.
6.3.1
Subestação Exterior .......................................................................................................................................14 14
6.3.2
Posto de Seccionamento ...............................................................................................................................14 14
REDE DE TERRAS............................................................................................................................................... TERRAS............................................................................................................................................... 15 PROTECÇÕES .................................................................................................................................................... 16 8.1 EQUIPAMENTOS................................................................................................................................................. EQUIPAMENTOS.................................................................................................................................................16 8.1.1 8.2
Protecções Eléctricas .....................................................................................................................................16 16 PESSOAS .............................................................................................................................................................17
9. NORMAS E REGULAMENTOS............................................................................................................................. REGULAMENTOS............................................................................................................................. 10. ANEXOS............................................................................................................................................................ ANEXOS ............................................................................................................................................................
19 20
Concepção e Projecto
1. JUSTIFICAÇÃO Temos como objectivo a concepção do projecto de uma subestação de AT/MT de 60/15kV (com transformador de potencia ‐ 10MVA, com regulação de tensão) A subestação será uma instalação mista, com aparelhagem de montagem exterior a instalar no Parque Exterior de Aparelhagem e de montagem interior, a instalar no Edifício de Comando. Todas as infra‐estruturas eléctricas incluídas no âmbito do planeamento da subestação serão concebidas, dimensionadas e executadas em harmonia e conformidade com as peças escritas e desenhadas do respectivo projecto, com as normas habituais de execução e em conformidade com os preceitos legais e regulamentares vigentes. Na concepção geral do nosso projecto seguimo‐nos pelos princípios básicos de segurança geral das pessoas e bens; simplificação e padronização da construção; facilidade de condução e manutenção. Uma subestação deve funcionar com regularidade. Acima de tudo deve ser económica (custos finais e iniciais reduzidos), segura e o mais simples possível. Deve prever uma ampliação e permitir funcionamento flexível, assim como disposição adequada das linhas. Além disso, deve dispor de meios necessários para que seja feita a manutenção das linhas, disjuntores e seccionadores sem interrupção de serviço. A implementação de uma subestação permite uma melhoria na produção devido ao aumento da potência fornecida ao consumidor e na diminuição de custos para a empresa devido à diminuição do custo da energia. Apesar do grande investimento inicial, a diminuição do custo da energia origina um retorno do investimento a curto prazo. Além disso, e cada vez mais importante hoje em dia, há um aumento de fiabilidade, sendo menos provável ocorrer uma quebra no fornecimento de energia eléctrica o que implica óbvios problemas para a empresa a nível de produção. Este aumento de fiabilidade deve‐se ao facto de uma rede de AT ser menos complexa que uma rede inferior havendo menos espaço para falhas. Na elaboração deste projecto tivemos também em consideração a regulamentação em vigor contida no "Regulamento de Segurança de Subestações e de Postos de Transformação e de Seccionamento" publicado pelo DL n.º 42 895, de 31 de Março de 1960 e respectivas alterações;
2. LOCALIZAÇÃO A subestação projectada será do tipo exterior, construída numa zona não alagável num terreno com aproximadamente 6000m2. Será situada no lugar de Penelas, freguesia de Cambres, pertencente ao concelho de Lamego, distrito do Viseu.
3. CONSTITUIÇÃO A subestação projectada é uma subestação muito usual, de tipo misto, com aparelhagem de montagem interior e exterior, nomeadamente no Parque Exterior de Aparelhagem e no Edifício de Comando. 3.1
Generalidades
A realização deste projecto inicia‐se com a escolha do local onde irá ser implementada a subestação. Procurou‐ se uma localização geográfica que permitisse não ficar muito distante da linha de alta tensão e que houvesse alguma equidistância aos restantes pontos de ligação. Toda a projecção e estudo da subestação foram realizados tendo em conta as normas e regulamentos em vigor, regulamentos esses que estão identificados no capítulo “Normas e Regulamentos”. Regulamentos”.
Concepção e Projecto
3.1.1
Subestação exterior O Parque Exterior de Aparelhagem é constituído por:
3.1.2
Linhas aéreas com tensão de 60 kV e respectivos barramentos Transformador de Potência (10MVA – (10MVA – 60/15Kv); Transformador de Tensão; Transformadores de Intensidade; Bateria de Condensadores; Aparelhagem de protecção; Edifício de Comando; Descarregadores de Tensão.
Subestação interior
O Edifício de Comando irá ser o local onde estará instalado o equipamento para MT (quadro metálico blindado tipo NORMAFIX), assim como os sistemas de comando, controlo e alimentação, estes últimos integrados em armários próprios para o efeito em espaço próprio. Será ainda dotado de um vestíbulo de entrada, instalações sanitárias, armazém/arquivo, repartidor de saídas e sala de comando Edifício de comando em alvenaria (concebido segundo um tipo de arquitectura que se enquadre, na medida do possível, na paisagem envolvente), previsto para acomodar um No Edifício de Comando ficará instalado o equipamento principal de MT ‐ quadro metálico blindado ‐ e os sistemas de alimentação e de comando e controlo, estes últimos integrados em armários próprios para o efeito. No edifício referido no ponto anterior, serão ainda adoptadas medidas construtivas que permitam assegurar um elevado isolamento térmico, de modo a garantir uma temperatura média interior compreendida entre os 15ºC e 25ºC. Como acção complementar destas medidas, o edifício de comando, deverá ainda, ser dotado de um sistema de ar condicionado.
3.1.3
Quadro de Comando e Serviços Auxiliares
Os armários de comando e controlo serão concebidos de modo a receber os Dispositivos Electrónicos Inteligentes dos painéis AT do Sistema de Protecção, Comando e Controlo Numérico, os equipamentos complementares necessários ao correcto funcionamento destes painéis e à ligação dos cabos de BT. Os equipamentos destinados ao sistema de contagem, qualidade de energia e sistema de comunicações, bem como os referentes aos Serviços Auxiliares de Corrente Alternada e Contínua, incluindo os seus Dispositivos Electrónicos Inteligentes, serão também instalados em armários idênticos aos anteriores. Os serviços auxiliares podem ser de corrente alternada ou de corrente contínua: Os serviços auxiliares de corrente alternada da subestação estão previstos para 400 ‐ 230 V, uma frequência de 50 Hz, sendo que a sua alimentação é assegurada por duas fontes distintas que corresponderão aos dois transformadores de serviços auxiliares MT/BT ligados a cada barramento de MT da instalação. Existirá também um sistema automático que garanta a comutação para outra fonte disponível em caso de falha da fonte em serviço. Os serviços auxiliares de corrente contínua da subestação da subestação estão previstos para 110 V, sendo a sua alimentação realizada a partir de um conjunto bateria‐carregador (bateria de tipo alcalino) que integra a função de televigilância.
Concepção e Projecto
Estarão equipados com um dispositivo de controlo permanente do isolamento dos circuitos, para a detecção e sinalização da ocorrência de defeitos à terra. Em caso de defeito o disparo automático não será provocado devido a imperativos de exploração.
3.2
ESQUEMAS UNIFILARES Os esquemas unifilares encontram‐se disponíveis em anexo.
3.2.1
Esquema Unifilar de 60kV É constituído pelos seguintes elementos:
3.2.2
Seccionador de facas Transformador de tensão Transformador de intensidade Transformador de potência Disjuntor Aparelhagem de medida Pára‐raios
Esquema Unifilar de 15kV É constituído pelos seguintes elementos:
Pára‐raios Bloco Normafix de cinco celas o Interruptor seccionador o Protecção do transformador com disparo por fusão de fusíveis o Duas protecções gerais dos cabos o Transformador de tensão Transformador de serviços auxiliares Aparelhagem de medida
Concepção e Projecto
4. MONTAGEM Para a construção de uma subestação é necessário:
Executar o projecto e o seu licenciamento; Executar a obra em que se insere a montagem; Colocação em serviço da subestação
Sendo o objectivo deste trabalho apenas restringido à montagem da subestação, apenas iremos focar essa parte do projecto. É necessário:
Proceder à desmatação e terraplanagem do terreno caso seja necessário; Construir os maciços de fundação, incluindo a instalação da rede de terra e betonagem. Maciços enterrados para a fundação de pórticos metálicos e de suporte de aparelhagem exterior, caminhos de cabos, troços de valetas, rede de terras; Construir o parque interior da subestação que inclui a estrutura e instalações eléctricas; Executar as redes de drenagem de águas residuais e pluviais. Bocas de saída e descarga nas linhas de água existentes, poço absorvente, fossa séptica; Colocar estruturas de transporte, montagem e levantamento de estruturas metálicas.
Concepção e Projecto
5. APARELHAGEM 5.1
ESTRUTURAS E FERRAGENS
O dimensionamento das estruturas metálicas a instalar no Parque Exterior de Aparelhagem deverá ser calculado de modo a resistirem eficazmente à conjugação dos esforços resultantes das forças de tracção, do peso e do vento que sobre elas sejam exercidos. Os pórticos de amarração de linhas AT serão dimensionados para um esforço de tracção de 1500 daN numa direcção perpendicular ao pórtico, por fase, no caso dos condutores, e de 500 daN também numa direcção perpendicular ao pórtico, por cabeçote, no caso dos cabos de guarda. As estruturas metálicas de suporte da aparelhagem AT e MT possuirão uma única coluna de apoio, em posição central, executada em tubo de perfil quadrado de aço. Exceptuam‐se os seguintes casos, nos quais as estruturas metálicas serão dotadas de duas colunas de apoio: suporte dos disjuntores de AT, devido aos esforços e vibrações provocados pelo seu funcionamento, e suporte dos descarregadores de sobretensão fase‐terra e neutro‐terra, de forma a facilitar a ligação do neutro do TP, independentemente da sua posição relativa. Todas as estruturas metálicas de suporte de aparelhagem AT e MT e pórticos de amarração de linhas AT serão fixados, aos respectivos maciços, por intermédio de chumbadouros metálicos, de modo a facilitar a sua montagem e alinhamento. A protecção anticorrosiva das estruturas metálicas e seus acessórios será assegurada por galvanização por imersão em banho de zinco quente, com excepção dos parafusos, porcas e anilhas que serão de aço inox.
5.2
APARELHOS DE 60kV
Seccionador O seccionador escolhido foi o SHDT 72,5 fabricado pela EFACEC. Este seccionador é de duas colunas rotativas, com corte central, de pólos separados, para exterior. Podendo ser actuado através de ser comando manual local ou comando eléctrico à distância.
Tensão nominal máxima: 72,5 kV Intensidade de corrente nominal: 1250A Tensão de Ensaio de impulso: o Entre pólos e à terra: 325KV (pico) o Sobre a distância de seccionamento: 375KV (pico) Tensão de Ensaio à frequência Industrial: o Entre fases e à terra: 140KV (eficaz) o Sobre a distância de seccionamento: 160KV (eficaz) Intensidade máxima admissível: o De curta duração: 50 kA (valor eficaz) o De Pico: 80A (valor de pico)
Disjuntor O disjuntor escolhido é o disjuntor GL309 F1‐3120, 3120, fabricado pela EFACEC. Este tipo de disjuntores possui câmara de corte a gás, neste caso o SF6. Estes são compostos pelos pólos, base dos pólos, comando e estruturas de suporte. Cada pólo é suportado por uma coluna de suporte que faz o isolamento à terra e um isolador onde está situada a câmara de corte do disjuntor. Os pólos e as tubagens de SF6 estão num compartimento único.
Concepção e Projecto
Tensão nominal máxima: 72,5 kV Intensidade de corrente nominal: 2000A Tensão de Ensaio de impulso: o Entre pólos e à terra: 325KV (pico) o Sobre a distância de seccionamento: 375KV (pico) Tensão de Ensaio à frequência Industrial: 140KV Poder de corte em curto‐circuito: 31,5 kA Poder de fecho em curto‐circuito: 80 kA p Sequência de manobra nominal : A‐0,3seg ‐FA‐3 min‐FA ouFA‐15s‐FA Duração nominal do curto‐circuito: 3s
Transformadores de tensão O transformador de tensão escolhido é o UTB 72, 72, fabricado pela ARTECHE. O transformador de tensão escolhido tem isolamento do tipo papel‐óleo, sendo hermeticamente fechado e funcionando com nível de óleo constante. Este transformador possui um indicador do nível do óleo e uma válvula de forma a ser possível o controlo do nível e da qualidade do óleo. São bastante utilizados devido ao seu tamanho, fácil manuseamento, sendo quase nula a sua manutenção ao longo do seu tempo de vida útil.
Tensão nominal máxima: 72,5 kV Intensidade de corrente nominal: 2000A Tensão de Ensaio de ao choque Atmosférico: 325 kV (pico) Três enrolamentos secundários; Relação de transformação:
As classes de precisão:
60000 100 100 100 / / / √ 3 √ 3 √ 3 3 5VA – 5VA – cl 0,2 10VA – 10VA – cl0,5 20VA – 20VA – cl3P
Transformadores de corrente O transformador de intensidade escolhido é o TICXH 72, 72, fabricado pela Arteche. Este transformador de intensidade escolhido é isolado com resina epoxy sendo revestido a porcelana. Com esta solução, obtêm‐se as mesmas características de um transformador a óleo, reduzindo o custo.
Tensão nominal máxima: 72,5 kV Intensidade de corrente nominal: 2000A Tensão de Ensaio de ao choque Atmosférico: 325 kV (pico) Relação de transformação: 100/1‐1‐1A As classes de precisão: 5VA – 5VA – cl 0,2 10VA – 10VA – cl 0,5 20VA – 20VA – cl 5P20
Concepção e Projecto
Pára‐Raios O pára‐raios escolhido é o 2HSRC(P)75 fabricado pela Tyco. Este equipamento apresenta como principais características a homogeneidade apresentada pela resina e fibra de vidro em torno da superfície de óxido de zinco, uma boa condutividade mesmo quando sujeito a elevadas descargas e um peso reduzido em relação à porcelana.
Tensão Nominal: 75 kV Tensão Máxima de Operação: 60kV Corrente de Descarga: 10kA
Para o transformador de potência o pára‐raios escolhido é o 2HSRB(P)60 que apresenta as mesmas características gerais do anterior diferindo apenas nos valores de alguns parâmetros.
Tensão Nominal: 60 kV Tensão Máxima de Operação: 48kV Corrente de Descarga: 10kA
Transformador de potência O transformador de potência, trifásico e com os enrolamentos separados em banho de óleo, possui as seguintes características:
Tensão Nominal AT: 60 kV Tensão Nominal MT: 15 kV Regulação de tensão: 111,5% Ligação do lado de AT: Estrela Ligação do lado de BT: Triangulo Método de arrefecimento: ONAN/ONAF Potência nominal: 10 MVA Tensão de curto‐circuito: 8 %
5.3
EQUIPAMENTO DE 15kV
5.3.1
Quadro de 15kV
5.3.1.1 Composição do Normabloco Na subestação projectada, temos nove células Norma Normafix. fix. Sendo estas células normalizadas elas obedecem a certas características comuns quaisquer que sejam as suas funções:
Tensão Nominal 24KV Nível de Isolamento: o 125KV ao choque(1,2/50 µs) pico o 50 KV à frequência industrial (1 min) eficaz Intensidade de corrente nominal : 630A Corrente de curta duração admissível (valor eficaz): 16KA(3s) Grau de protecção do invólucro: IP3XC
Em seguida, enuncia‐se as características dos componentes que fazem parte destas células e respectivas características eléctricas:
Concepção e Projecto
Normafix Interruptor (ISF):
Corrente nominal: 400A ou 630A Corrente de curta duração admissível (valor eficaz): 16KA (3 s)
Normafix Seccionador (F):
Corrente nominal: 630A Corrente de curta duração admissível (valor eficaz): 16KA (3 s)
Normafix Disjuntor:
5.3.2
Corrente nominal: 630A Corrente de curta duração admissível (valor eficaz): 16kA (3 s) Poder de fecho : 40kA (pico)
Pára‐Raios de 15Kv
O pára‐raios escolhido é o HSRB(P)24 que apresenta as mesmas características gerais dos dois anteriores diferindo apenas nos valores de alguns parâmetros específicos.
Tensão Nominal: 24 kV Tensão Máxima de Operação: 19kV Corrente de Descarga: 10k
5.3.3 5.3.4
Transformador Serviços Auxiliares, trifásico, em banho de óleo
Os serviços auxiliares de corrente alternada, serão abastecidos a partir de um transformador de potência, 25kVA, 15/0,4kV, 15/0,4kV , que possui as seguintes características:
Potência nominal: 25kVA Tensão nominal primária: 15kV Tensão nominal secundária: 400 V Corrente nominal (BT): 343 A Tensão curto‐circuito: 4% Regulação: ±2x 2,5% Grupo de ligação: Dyn5
5.3.5 5.4
QUADRO DE COMANDO E SERVIÇOS AUXILIARES
5.4.1
Painel 1 – Serviços Auxiliares de C.A. e C.C.
Será utilizado uma unidade terminal de protecção de transformadores e regulação de tensão, a TPU TC420. TC420. Esta unidade é equipada com regulador em carga, e com protecção e unidade terminal de supervisão e controlo do respectivo andar de Média Tensão.
5.4.2
Painel 2 – 60kV
Este painel contém os serviços relativos à alimentação da aparelhagem auxiliar do equipamento instalado no parque exterior, como motores e comandos dos seccionadores, disjuntores e motores de accionamento dos ventiladores do transformador de potência.
Concepção e Projecto
5.4.3
Painel 3 – Contagem
A contagem é realizada a partir do quadro de comando que irá conter uma unidade UAC 420 com as seguintes características:
Comando, Controlo e Supervisão Medidas das grandezas eléctricas com elevada precisão Contagem de energia Supervisão e medida da alimentação auxiliar Registo Cronológico de Eventos Detecção de Defeitos Diagrama de Carga Oscilografia
5.4.4
FONTES DE ALIMENTAÇÃO DOS SERVIÇOS AUXILIARES
5.4.5
Corrente Alternada Serviços auxiliares de corrente alternada em BT (230/400V) a partir do transformador de 25 kVA (15/0,4 kV).
5.4.6
Corrente Contínua
Serviços auxiliares de corrente contínua em BT (12, 48, 110 V) sendo que os 110 V serão alimentados por Carregadores Industriais de Baterias Switching: EFAPOWER CIB S 110/20 que apresenta as seguintes características gerais: Circuito AC
Bornes para ligação do sistema à rede Disjuntor para protecção da entrada do módulo rectificador Um módulo rectificador AC/DC ‐ SMF2800 para 110V/20A
Circuito DC
Disjuntor magnetotérmico para seccionamento e para protecção contra a inversão da polaridade Shunt's para medida da corrente de bateria e da corrente total do carregador Disjuntor de saída para protecção das baterias
Concepção e Projecto
6. LIGAÇÕES 6.1
EM 60kV E 15kV
6.1.1
Rígidas
As ligações entre a aparelhagem de AT e a ligação dos painéis de AT ao barramento serão efectuadas em cabo de alumínio nu multifilar. As ligações entre os seccionadores de barramento de painéis AT dispostos frente a frente serão efectuadas em tubo de alumínio, sendo em cabo de alumínio nu multifilar a ligação destes tubos ao barramento AT. O barramento de AT em tubo de cobre nú será E‐Cu F 50/40 com secção de 706,9 mm2. Todas estas ligações apresentam um afastamento entre fases de 1,5m com a excepção das ligações aos disjuntores de AT e aos transformadores de potência AT/MT, que dependem da distância entre pólos do respectivo equipamento. O barramento de MT em tubo de cobre será E‐Cu F 40/36 com secção de 239 mm2. O tipo de montagem adoptado para as ligações aos transformadores de potência permitirá a sua substituição de uma forma expedita, uma vez que, apenas será necessário desligar os condutores em cabo de alumínio ligados aos terminais AT e MT do referido transformador e as ligações de BT que serão asseguradas por intermédio de fichas extraíveis. Os cálculos que determinaram estas escolhas encontram‐se disponíveis em anexo. 6.1.2
Ligadores
Numa subestação, as ligações entre condutores nús (entre si ou entre estes e a aparelhagem) são realizados por ligadores concebidos de forma a serem de montagem simples e com características eléctricas e mecânicas adequadas. Os ligadores devem:
Assegurar uma repartição suficiente da corrente nos condutores a ligar; Não aumentar a resistência eléctrica dos elementos do circuito onde estiverem inseridos; Não originar aquecimentos suplementares em qualquer ponto do circuito durante a passagem de corrente; Não dar origem a uma queda de tensão superior a aquela observada num comprimento equivalente de condutor da mesma capacidade Ser insensíveis aos balanços e às vibrações dos condutores, assim como às variações de tensão mecânica e de temperatura; Ser resistentes à corrosão e aquecimento; Possuir dispositivos que se oponham eficazmente ao desaperto em serviço
Os ligadores podem ser fixos, elásticos ou deslizantes, de acordo com as ligações a realizar. 6.2
EM 15kV
6.2.1
Cabos Isolados
Os cabos isolados de MT que realizam a ligação dos secundários dos transformadores de potência AT/MT, dos transformadores dos serviços auxiliares MT/BT, das reactâncias de neutro e dos escalões de baterias de condensadores às respectivas celas do quadro metálico de MT serão cabos unipolares, possuindo alma condutora em alumínio, isolamento constituído por uma camada extrudida de polietileno reticulado (PEX) e blindagem em fios de cobre envolvidos por fita de cobre.
Concepção e Projecto
No andar MT de 10 kV, devido à maior corrente estipulada necessária para os cabos isolados de MT, a ligação dos secundários dos transformadores de potência AT/MT às respectivas celas do quadro metálico de MT será assegurada por cabos unipolares com alma condutora em cobre. Todos os cabos isolados de MT referidos deverão ter a sua armadura ligada à terra nas duas extremidades. Os cabos isolados de MT referentes aos circuitos de ligação dos secundários dos transformadores de potência AT/MT, dos transformadores dos serviços auxiliares MT/BT, das reactâncias de neutro e dos escalões de baterias de condensadores às respectivas celas do quadro metálico de MT serão instalados na totalidade do seu trajecto em tubos ou caleiras reservados para o efeito. Os cabos isolados de MT referentes aos circuitos das linhas serão instalados em tubos ou caleiras reservados para o efeito até à zona das saídas aéreas, onde passarão a ser instalados em valas até aos apoios de transição cabo subterrâneo/linha aérea. No dimensionamento dos cabos foi tido em conta a protecção contra curto‐circuitos, intensidade de corrente a transmitir e a secção mínima que permite que se verifique a condição de queda de tensão. Os cabos isolados de BT que asseguram os circuitos de corrente contínua e os circuitos de corrente alternada serão do tipo XV, com tensão nominal de 0,6/1 kV e secção de acordo com as funções que irão desempenhar, tendo em conta as considerações enunciadas atrás. Estes cabos devem ser isentos de halogéneos, resistentes ao fogo e não propagadores da chama e do fogo. Serão instalados em tubos e caleiras reservados para o efeito, com excepção dos trajectos de subida à aparelhagem, aos comandos da aparelhagem e armários de reagrupamento de cabos. Todos os cabos isolados de BT deverão ter a sua armadura ligada à terra nas duas extremidades. Este dimensionamento encontra‐se descriminado em anexo. 6.3
LIGAÇÕES À TERRA
6.3.1
Subestação Exterior
A ligação à terra das massas da instalação é efectuada através de um afloramento de um eléctrodo de terra em forma de laço, sendo que as ligações à terra dão‐se a nível de cada maciço das estruturas metálicas e apoios AT e junto aos prumos de vedação da subestação. Em pontos específicos serão instalados eléctrodos de terra verticais e varetas de aço cobreado com 2 m de comprimento. 6.3.2
Posto de Seccionamento
As ligações à terra são realizadas nas extremidades da armadura dos cabos de baixa e média tensão, assim como ao nível do Quadro MT.
Concepção e Projecto
7. REDE DE TERRAS De modo a reduzir os riscos de tensões de passo e de contacto e limitando ‐as a valores não perigosos, em caso de defeito à terra é necessário conceber a rede geral de terras de forma a constituir uma rede equipotencial. Esta rede será um conjunto interligado formado por:
terra de protecção: destina‐se a contribuir para a segurança das pessoas nas proximidades de um objecto metálico da instalação susceptível de colocação acidental sob tensão em caso de defeito de isolamento; terra de serviço: destina‐se a influenciar o comportamento da rede em caso de defeito à terra; cabos de guarda: para proteger a instalação contra descargas atmosféricas directas.
A rede geral de terras será uma terra única constituída por um circuito de instalação subterrânea e por um circuito de instalação à superfície, ligados entre si, e deverá obedecer ao regulamento em vigor. Dependendo de factores como a resistividade do solo, distância à subestação de alimentação da rede AT e respectiva corrente de curto‐circuito máxima trifásica e fase‐terra, assim como das características da interligação à subestação de alimentação à rede AT é efectuado o seu dimensionamento. Para o seu dimensionamento teremos que ter em conta diversos factores condicionantes da localização da subestação, tais como:
resistividade do solo; valor da duração da corrente de curto‐circuito;
Em caso de rotura acidental de um cabo de terra, nenhuma massa deve ficar isolada. É então necessário dispor duas vias de escoamento da corrente em todas as ligações, obrigando a que todas as estruturas e massas metálicas sejam ligadas aos circuitos de terra malhados sem interrupção do condutor. Na rede geral de terras, ficará o adjudicatário da empreitada de engenharia civil responsável por deixar pontas derivadas do circuito de instalação subterrânea junto subterrânea junto a cada maciço das estruturas metálicas e apoios AT, junto aos prumos de vedação da subestação e no interior do Edifício de Comando. Ficará o Adjudicatário da Empreitada de Equipamento responsável pelo estabelecimento do circuito de terra de instalação à superfície e pela interligação deste às pontas derivadas do circuito subterrâneo, além da ligação dos tapetes e bancos equipotenciais.
Concepção e Projecto
8. PROTECÇÕES A corrente eléctrica, quer enquanto fenómeno de causas naturais (caso, por exemplo, das descargas atmosféricas) quer enquanto forma de energia – absolutamente essencial – é, como se sabe, invisível e, ao mesmo tempo, perigosa para bens e pessoas.
Perigos da Electricidade
Riscos Eléctricos
Afectação da Segurança de pessoas e bens
Pretende‐se que as funções de protecção da subestação sigam os seguintes princípios:
Selectividade de actuação minimizando a área afectada; Redundância na actuação permitindo colmatar o deficiente funcionamento de qualquer componente do sistema de protecções; Coexistência com os restantes funcionalismos do SPCC (Sistema de Protecção, Comando e Controlo Numérico)
8.1
EQUIPAMENTOS
8.1.1
Protecções Eléctricas
A protecção dos equipamentos contra descargas atmosféricas directas será efectuada por meio da instalação de um conjunto de condutores de terra ‐ cabos de guarda ‐ repartidos sobre a área total do Parque Exterior de Aparelhagem, dando continuidade aos cabos de guarda das linhas aéreas, montados longitudinal e transversalmente nos topos das colunas dos pórticos da subestação e da estrutura de suporte de equipamento MT do painel do transformador 60 kV/MT. Quanto às sobretensões de origem interna ou atmosférica que penetram na subestação irá ser realizada uma protecção através da montagem de hastes de descarga nas cadeias de amarração das linhas AT, assim como através da instalação de descarregadores de sobretensão nas fases das linhas. Os transformadores de potência 60 kV/MT terão protecção especial realizada através da montagem de descarregadores de sobretensão cuja função será a de limitar as sobretensões incidentes a valores compatíveis com os niveis de isolamento da aparelhagem a proteger. O sistema de alimentação de BT será protegido por um sistema de protecção contra sobretensões. Na alimentação de corrente alternada deverá ser prevista a instalação de três níveis de protecção (alta capacidade, primária ou média e secundária ou fina) e na alimentação de corrente contínua deverão ser instalados dois níveis de protecção (alta capacidade e primária ou média).
Concepção e Projecto
8.2
PESSOAS
As partes activas do equipamento eléctrico devem ser permanentemente protegidas, a fim de se protegerem as vidas e bens contra os perigos devidos à corrente eléctrica. Assim, devem‐se tomar medidas especiais de segurança de acordo com a natureza do perigo que representam:
Protecção contra contactos directos com as partes activas Protecção contra contactos indirectos com componentes eléctricos e outras partes electricamente condutoras, que podem ficar em tensão, no caso de defeito acidental de isolamento
A protecção contra contactos acidentais com condutores nus ou aparelhos em tensão, que não se encontrem protegidos por isolamento, é prevenida utilizando técnicas de segurança por afastamento e por obstáculo. São consideradas duas zonas para as distâncias de afastamento de segurança: zonas de guarda e zonas de segurança. A primeira assegura a ausência de risco de escorvamento e depende do valor da tensão, enquanto que a segunda define o espaço dentro do qual todos os perigos relacionados com contactos eléctricos estão afastados. Esta última é composta por distância de segurança vertical e para trabalhos.
â ç â ç ç â ç Tensão (kV)
Zona de Guarda (mm)
15
240
60
Zona de Segurança (m) Segurança Zona de Trabalhos Vertical Horizo Horizonta ntall Ver Vertic tical al 3 3 3
700 3.5 3 3 Distâncias de afastamento de segurança
A segurança por obstáculos é também utilizada para tornar inacessível qualquer condutor ou aparelho não protegido por isolamento que se encontre em tensão, por adopção de quadros metálicos. Os quadros metálicos são envolventes metálicas que são sujeitas a normas de construção rigorosas, apresentando boas características ao nível da segurança das pessoas, da qualidade de serviço e de fiabilidade:
Facilidade de montagem Utilização de SF6 ou vácuo como meio dieléctrico Integração dos encravamentos necessários para evitar falsas manobras Seccionador de terra com operação independente do operador, possuindo poder de fecho para correntes de defeito de curta duração da cela Resistência ao arco interno
Os quadros metálicos são do tipo blindado e compostos por celas elementares pré‐fabricadas, cada uma das quais se encontra dividida em compartimentos fechados em todas as suas faces. Os arcos internos que eventualmente surjam no interior do quadro metálico, quando de um defeito ou condições de serviço excepcionais, não podem colocar em risco a segurança das pessoas que possam encontrar‐se no
Concepção e Projecto
local, razão pela qual é dispensada grande atenção à sua concepção. Além disso, a concepção dos quadros é de forma a garantir que um incêndio resultante de um defeito interno numa cela não se propaga às celas vizinhas. Os equipamentos que exijam conservação periódica e os que tenham maior probabilidade de avaria, devem ser montados de forma extraível. Um desses casos é o disjuntor, permitindo assegurar a função normalmente atribuída aos seccionadores de isolamento de linha ou de barras, pois o corte é visível pela posição do disjuntor na cela. Com a finalidade de não permitir falsas manobras, os quadros são dotados de dispositivos de encravamento dos órgãos de manobra. Apenas os trabalhos de conservação podem necessitar de desmontagem parcial das envolventes metálicas de protecção e nesse caso, adoptar‐se‐ão medidas complementares de segurança tais como verificação de tensão e ligação à terra dos condutores envolvidos nos trabalhos. Quanto à protecção contra contactos indirectos com partes da instalação que é condutora temporariamente, normalmente por avaria, mas que está isolada das partes condutoras da instalação, devem ter‐se em atenção medidas adicionais no caso do contacto indirecto, de forma a prevenir a ocorrência ou a persistência de tensões de contacto perigosamente altas, nos componentes do equipamento eléctrico ou nas partes condutoras na sequência de defeitos de isolamento. Existem vários tipos de ligações à terra, designadas normalmente por associação de duas ou três letras, onde a primeira define a situação do neutro em relação à terra, e a segunda, a situação das massas em relação à terra; a terceira letra fornece uma informação complementar sobre as funções do condutor de protecção. O presente projecto usam o sistema TT que tem as seguintes características técnicas e operacionais: Tipo de Operação
Disparo obrigatório ao 1º defeito Sistemas por detecção de corrente de defeito e corrente residual‐ diferencial Neutro ligado directamente à terra;
Princípio de Funcionamento
Massas deverão ser ligadas à terra por meio de condutores de protecção, directamente ou através do condutor geral de protecção; Dispositivo de protecção assegurando o corte em caso de defeito, num tempo compatível com a curva de segurança;
Exigências Técnicas Suplementares
Se as massas forem ligadas à terra em vários pontos, é preciso instalar um DDR para cada grupo de saídas ligadas à mesma terra; O condutor de protecção deverá sempre ser ligado exteriormente ao toro; Aconselhada a realização de ligações equipotencial principal e suplementar;
Exigências Operacionais
Controlo frequente das condições de disparo dos aparelhos diferenciais; Controlo de sistemas de terra de protecção das massas;
A segurança de pessoas e da própria subestação deverá ser garantida pela instalação ou adopção dos seguintes procedimentos:
Disjuntores diferenciais em todos os circuitos correspondentes aos serviços; Distâncias de isolamento de segurança; Sistema de encravamentos que evitem falsas manobra; Sistema de pessoas no edifício e respectivo alarme; Sistema de detecção de incêndios no edifício e respectivo alarme; Sistema de protecção do parque exterior contra sobrecargas atmosféricas directas, realizado com base em pára‐raios do tipo “Franklin” e complementado por cabos de guarda; Concepção e Projecto
9. NORMAS E REGULAMENTOS Para a realização deste projecto foram utilizadas as seguintes normas e regulamentos:
Regulamento de Segurança de Subestações e de Postos de Transformação e de Seccionamento, Seccionamento, publicado pelo DL n.º 42 895, de 31 de Março de 1960 e respectivas alterações; Directivas Europeias transpostas para o enquadramento legal nacional pelos DL n.º 441/91 de 14 de Novembro e DL n.º 155/95 de 1 de Julho, regulamentada pela Portaria n.º 101/96 de 3 de Abril; Norma Portuguesa NP ENV 206 (1993); Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré‐Esforçado ‐ REBAP (1983); Regulamento de Estruturas de Aço em Edifícios ‐ REAE, e Eurocódigo 3; Regulamento Geral das Edificações Urbanas publicado pelo DL n.º 38 382, de 7 de Agosto de 1951 e respectivas alterações
Concepção e Projecto
10.ANEXOS 10. ANEXOS CÁLCULOS ELÉCTRICOS Impedância da Rede
6010 1 . .. 250010 250010 6010
Impedância dos transformadores
250010 1510 0,08 1010 1510 2020 ... . 250010 1510 0,04 2510 1510 4000 4000 .. .. Cálculo das correntes de curto‐circuito
Para a linha AT
Para o transformador, transformador, com
60 2500 24 √ 3 √ 250010 36010 3 6010
z=8%:
100 1008 1010 125 2500125 2500125 119 15 11910 √ 3 √ 31510 3 1510 4,58
Tendo em conta que o transformador se encontra em série com a rede:
Assim, a corrente de curto‐circuito correspondente vem, e com
:
Para o transformador dos serviços auxiliares
100 1004 5010 1,25 Concepção e Projecto
Correntes de serviço
96,23 1010 √ 3 √ 36010 3 6010 384,900 1010 √ 3 √ 31510 3 1510 36,088 √ 3 √ 2510 3400 3400
DIMENSIONAMENTO DOS CABOS DE MÉDIA TENSÃO E BAIXA TENSÃO Média Tensão Os cabos serão escolhidos tendo em conta a tensão da rede. Para a Média Tensão (MT), a 15 kV, os cabos escolhidos foram do tipo LXHIOV da Cabelte. Cabos monopolares em alumínio e isolamento em PEX. É necessário ter em atenção, aquando da escolha do cabo, as correntes de curto‐circuito para que em caso da ocorrência de um defeito o cabo esteja dimensionado de forma a suportar o esforço até ao momento da actuação das protecções. Dimensionando os três cabos que ligam o parque exterior á cela de entrada do quadro NORMAFIX A corrente é:
384,90
.
Assim e tendo em conta esta corrente e que a tensão máxima de serviço será 17,5kV, o cabo escolhido é: LXHIOV (3x185mm2) ao ar e instalado em esteira. Tensão nominal: 8,7/15kV. Escolheu‐se este cabo porque a intensidade de corrente máxima em regime permanente é de : 406 (A). Portanto superior à corrente nominal de 384,90 (A). Características do cabo:
Iz (A) S (mm2) Icc_máx (kA) R20ºC (Ω/km) Lesteira (mH/km) C (µF/km)
406 185 17,5 0,164 0,48 0,35
⁰ ⁰ 1í 1í 9020 9020 1000 0,164 64 10, 10,004 04 9020 9020 100023 0,00483 Ω 2 1000 2 2 50 0,48 10 100023 0,00347 Ω ⁰ 0,004804833 0,0034 003477 ΩΩ Concepção e Projecto
Cálculo de If e If e Iq:
1510 250010 0,09Ω 384, 384,90 0,8 307, 307,92 384384,,90 36,87°7° 230,94 ∆ 0,0048 004833 307, 307,92 92 0,0034 003477 230, 230,94 2,2929 0 0347 0, 0 04830, 0 0347 0,004830, 54 0,0,039 .. . 0,09 0,054 1200,0540,039 0,05421,039 .. 1 039 0,048 ... 0,0,054 21, 0,04848 4,62 √ 250010 31510 3 1510
Cálculo da queda de tensão:
Cálculo da impedância equivalente:
Cálculo da corrente de curto‐circuito:
Cálculo do tempo de fadiga térmica:
√ 9494 4,6185210 3,766
Assim, pode‐se verificar que o cabo se encontra bem dimensionado.
Para o cabo que liga a cela de protecção do transformador de serviços auxiliares e o próprio: A corrente é:
384,90
.
Tendo em conta a corrente e a tensão máxima de serviço que será 17,5kV, o cabo escolhido é: LXHIOV (3x185mm2) ao ar e instalado em esteira. Tensão nominal: 8,7/15kV. Escolheu‐se este cabo porque a intensidade de corrente máxima em regime permanente é de : 406 (A). Características do cabo:
Iz (A) S (mm2) Icc_máx (kA) R20ºC (Ω/km) Lesteira (mH/km) C (µF/km)
406 185 17,5 0,164 0,48 0,35
Concepção e Projecto
⁰ ⁰ 1í 1í 9020 1000 0,164 10, 10,004 9020 10008,5 0,0017Ω 2 1000 2 2 50 0,48 10 10008,5 0,0013 Ω ⁰ 0,0017017 0,0,0013013 ΩΩ 1510 250010 0,09Ω Cálculo da queda de tensão:
∆ 0,0017307,920,0013230,94 0,82 0 013 0,00170, 19 0,0,014 .. .. 0,019 1 1 2020 0,054054 0,0,039 0, 0,019019 0,0,014 0,073073 21,21,053053 .. .
Cálculo da impedância equivalente:
Cálculo da corrente de curto‐circuito:
Cálculo do tempo de fadiga térmica:
1 053 0,048 ... 0,0,073 21, 250010 √ 31510 3 1510 0,04848 4,62 √ 9494 4,6185210 3,766
Assim, pode‐se verificar que o cabo se encontra bem dimensionado. O cabo de baixa tensão que liga o transformador de serviços auxiliares e o quadro dos serviços auxiliares: Sendo que a corrente nominal aqui é de 36,08 (A). Para este cabo optou‐se pela utilização de 3 cabos multifilares em esteira do tipo: (4 x XV16mm2) (0,6/1kV). Características do cabo:
Iz (A) S (mm2) Icc_máx (A) R20ºC (Ω/km) Lesteira (mH/km)
83 16 96 0,15 0,24
Concepção e Projecto
⁰ ⁰ 1í 1í 9020 1000 0,15 15 10, 10,004 9020 100012 0,00216Ω 2 1000 2 2 50 0,24 10 100012 0,001 Ω ⁰ 0,0173 0173 0,0,00101ΩΩ 400 400 250010 6,6,4 10.. Cálculo de If e If e Iq:
36,36,08 0,8 28,28,87 36,36,08 08 36,87°7° 21,65
Cálculo da queda de tensão:
∆ 0,0021 002166 28,28,87 0,001001 21,21,65 0, 08 08 0 01 0,002160, 33,7515,625 ..
Cálculo da impedância equivalente:
1200,0190,0140,0540,039 400033,7515,625 33,824036,68 .. Cálculo da corrente de curto‐circuito:
1 68 0,000248 .. 33,33,82 4036, 0,000248 895 250010 3400 √ 3400 √ 143143 89516 2,566
Cálculo do tempo de fadiga térmica:
Assim, pode‐se verificar que o cabo se encontra bem dimensionado.
Concepção e Projecto
DIMENSIONAMENTO DOS BARRAMENTOS Barramento de 60kV: A distância entre as barras considerada é de 1,3 (m), e a distância máxima entre dois pontos de fixação é de 4 (m). Força electrodinâmica por unidade de comprimento:
1,1,8 √ 2 1,1,8 √ 2 24 6161 2,2,04 10 2,2,04 10 61 61 1,55 253
Assim:
Momento flector máximo:
á 16 253500 16 7906,3
Valor mínimo de módulo de resistência à flexão:
3 í á 7906, 1200 6,58
Pelo que a escolha do barramento será: tubular e em cobre de 50/40mm. O momento de inércia é:
5, 0 4, 0 32 325,0 7,24 í 5, 0 4, 0 64 64 18,11 Temos então uma barra escolhida que é ‐ E‐Cu F de 50/40 mm, com as características explicitadas em seguida:
Secção útil: 706,9 mm2; Massa por unidade de comprimento: 0,06 kg/cm Corrente permanente: 1410 (A)
Solicitações e esforços térmicos: Sendo este o barramento de AT o tempo de actuação das protecções é 0,3 (s).
Pelo que se obtém:
2,5 0,2 ;; 0,7. √ 24 0,0,2 0,7 22,22,8 Concepção e Projecto
í √ 22,148810 0,0,3 84,5 Visto que a secção do barramento está bem acima deste valor de secção mínima, pode‐se afirmar que o condutor apresenta condições térmicas suficientes. Condição de ressonância Frequência de oscilação do barramento:
18,1 8,2 112 112112 1,1,10,1006500 Como a frequência própria de oscilação está fora dos limites não admissíveis com intervalos: [40, 60] (Hz) [90, 110] (Hz) O barramento escolhido respeita a condição de ressonância. Barramento de 15kV: A distância entre as barras considerada é de 0,4(m), e a distância máxima entre dois pontos de fixação é de 5 (m). Força electrodinâmica por unidade de comprimento:
Assim:
1,1,8 √ 2 1,1,8 √ 24, 24,58 11,66 2,2,04 10 2,2,04 10 11,66 6 0,54 34,7
Momento flector máximo:
á 16 34,716500 1083
Valor mínimo de módulo de resistência à flexão:
í á 1083 1200 0,9
A escolha para a barra do barramento foi por uma de 30/26 mm, mas que devido aos baixos valores, optou‐se pela utilização de uma barra que será: tubular e em cobre de 40\36mm. O momento de inércia é:
324, 4,0 3,0 6 2,16 í 32 64 4,064 3,6 4,31 Temos então uma barra escolhida que é ‐ E‐Cu F de 40/36 mm, com as características explicitadas em seguida: Concepção e Projecto
Secção útil: 239 mm2; Massa por unidade de comprimento: 0,02 kg/cm Corrente permanente: 790 (A)
Solicitações e esforços térmicos: Para o barramento de MT o tempo de actuação das protecções é 0,3 (s).
2,5 0,2 ;; 0,7. √ 4,4,58 0,0,2 0,7 4,34 34 í √ 4,34,148810 0,0,3 16
Pelo que se obtém:
Visto que a secção do barramento está bem acima deste valor de secção mínima, pode‐se afirmar que o condutor apresenta condições térmicas suficientes. Condição de ressonância: Frequência de oscilação do barramento:
112 112112 1,1,0,10102500 4, 3 6,9 Como a frequência própria de oscilação está fora dos limites não admissíveis com intervalos: [40, 60] (Hz) [90, 110] (Hz) O barramento escolhido respeita a condição de ressonância. Dimensionamento dos isoladores em Média Tensão: Os isoladores são dimensionados segundo a força electromagnética, dilatação longitudinal ou a força crítica de encurvamento. Esforços devidos a dilatação longitudinal:
4, 3 410 ∆ 4 45 0,0,0061 239 0,3 45 45,45,1⁰1⁰ ∆ 2,39 1,1 10 1, 7 10 45,1 2014,3 Força crítica de encurvamento:
Concepção e Projecto
Força máxima para curvar o condutor tubular:
1, 1 10 239 4,311 347,4 Visto que se verifica que F>Fk, a força longitudinal aplicada aos isoladores de extremidade será igual a Fk. Classe de Isoladores: O esforço a que os isoladores intermédios est~ºao sujeitos corresponde a:
34,7 Assim a força total exercida será:
34, 7 347, 4 2 2 2 2 174,6 Então, os isoladores intermédios a usar serão do tipo A, que suportam no máximo 375 kgf.
Concepção e Projecto
