000864941

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

PEDRO HENRIQUE BIERNASKI KLEINERT

PROJETO DE DIPLOMAO

ESTUDO E PROJETO ELTRICO BSICO DE UMA SUBESTAO

Porto Alegre

2011




Projeto de Diplomao apresentado ao Departamento de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para Graduao em Engenharia Eltrica.

ORIENTADOR: Luiz Tiaraj dos Reis Loureiro

Porto Alegre

2011



PEDRO HENRIQUE BIERNASKI KLEINERT


Este projeto foi julgado adequado para fazer jus aos crditos da Disciplina de Projeto de Diplomao, do Departamento de Engenharia Eltrica e aprovado em sua forma final pelo Orientador e pela Banca Examinadora.

Orientador: Luiz Tiaraj dos Reis Loureiro Prof. Luiz Tiaraj dos Reis Loureiro, UFRGS Formao (Instituio onde obteve o ttulo Cidade, Pas)

Banca Examinadora:

Prof. Dr. Luiz Tiaraj dos Reis Loureiro, UFRGS Doutor pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul Porto Alegre, Brasil.

Prof. Dr. Srgio Luis Haffner, UFRGS Doutor pela Universidade Estadual de Campinas Campinas, Brasil.

Prof. Dr. Felipe Hernandez Garcia, UFRGS Doutor pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul Porto Alegre, Brasil.

Porto Alegre, Dezembro de 2011.

DEDICATRIA

Dedico este trabalho aos meus pais e a minha irm, em especial pela dedicao e apoio

em todos os momentos da minha vida.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeo aos meus pais que sempre estimularam meu estudo apesar da

dificuldades, aos mestres que estimularam a busca pelo conhecimento necessrio para a

formao acadmica, aos engenheiros da CDP engenharia que ensinaram sobre subestaes e

sempre estiveram dispostos a ajudar e a meus amigos, que sempre me apoiaram nos

momentos mais difceis do curso.

RESUMO

Este projeto tem o objetivo de apresentar uma subestao, com suas classificaes e seus equipamentos e a partir de um exemplo de caso, ser explicada a elaborao de um projeto eltrico de uma subestao utilizando os conhecimentos adquiridos durante a graduao acadmica, no decorrer do estgio e em pesquisas.

Palavras-chaves: Engenharia Eltrica. Transmisso de energia. Subestao. Projeto Eltrico.

ABSTRACT

This project aims to provide a substation, with their ratings and their equipment and fromone case example, we will explain the development of an electric substation project using the knowledge acquired during the academic degree, during the stage and research.

Keywords: Electrical engineering. Power transmission. Substation. Electrical Project.

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1: Subestao 500kV Furnas Ibina, SP...........................................................................16

Figura 2: Barramentos simples ......................................................................................................18

Figura 3: Barramento duplo, disjuntor duplo .................................................................................18

Figura 4: Barramento principal e de transferncia .........................................................................19

Figura 5: Barramento duplo, disjuntor simples ..............................................................................19

Figura 6: Barramento em anel .......................................................................................................20

Figura 7: Barramento em disjuntor e meio ....................................................................................20

Figura 8: Subestaes com entrada direta sem barramentos .........................................................21

Figura 9: Transformador de Potncia WEG.............. ......................................................................26

Figura 10: Transformador de corrente 69kV...................................................................................29

Figura 11: Transformador de potencial capacitivo 69Kv.................................................................30

Figura 12: Disjuntor 69Kv AREVA.................. ..............................................................................32

Figura 13: Chave Seccionadora 69Kv S&C.......................................... .........................................34

Figura 14: Pra-raio 69Kv Delmar................................................................................................35

Figura 15: Rel SEL 451-5. ..............................................................................................................40

Figura 16: Banco de Capacitores ....................................................................................................40

Figura 17: Diagrama unifilar bsico da Subestao ........................................................................42

Figura 18: Diagrama Unifilar simplificado da entrada da subestao .............................................43

Figura 19: Diagrama Unifilar Simplificado do setor 23kV ...............................................................44

Figura 20: Borne Conector modelo OTTA-6 ....................................................................................47

Figura 21: Chave teste ...................................................................................................................48

Figura 22: Esquema da caixa de interligao do Transformador de Potencial ................................49

Figura 23: Esquema da caixa de interligao dos transformadores de corrente .............................49

Figura 24: Caixa de interligao dos transformadores de potencial de 23kV ..................................50

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - TABELA NEMA SG6 ..................................................................................... 23 TABELA 2 - NOMENCLATURA ANSI ............................................................................. 38

SUMRIO

1 INTRODUO...................................................................................................................14 2 SUBESTAES.................................................................................................................15 2.1 DEFINIO..................................................................................................................15 2.2 TIPOS DE SUBESTAES........................................................................................16 2.3 TIPOS DE BARRAMENTOS.....................................................................................17 2.4 PROJETOS DE UMA SUBESTAO......................................................................21 3 EQUIPAMENTOS DE UMA SUBESTAO................................................................25 3.1 TRANSFORMADOR DE FORA..............................................................................25 3.2 TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO.........................................................27 3.2.1 TRANSFORMADOR DE CORRENTE...................................................................27 3.2.2 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL..................................................................29 3.3 DISJUNTOR.................................................................................................................31 3.4 CHAVE SECCIONADORA.........................................................................................33 3.5 PRA-RAIO...................................................................................................................34 3.6 REL...............................................................................................................................36 3.7 CAPACITORES EM DERIVAO E EM SRIE...................................................40 4 PROJETO ELTRICO DE UMA SUBESTAO........................................................41 4.1 CARACTERSTICAS DA SUBESTAO................................................................41 4.2 DIAGRAMA UNIFILAR DA SUBESTAO...........................................................43 4.2.1 DIAGRAMA UNIFILAR DO TRANSFORMADOR DE POTNCIA.................45 4.2.2 DIAGRAMA UNIFILAR DOS ALIMENTADORES DE 23Kv............................45 4.2.3 DIAGRAMA UNIFILAR DOS TRANSFORMADORES DE POTENCIAL DE 23Kv.........................................................................................................................................46 4.2.4 DIAGRAMA UNIFILAR DO MDULO DO BANCO DE CAPACITORES.....46 4.2.5 DIAGRAMA UNIFILAR DO MDULO DE TRANSFERNCIA......................46 4.2.6 DIAGRAMA UNIFILAR DO MDULO DE SERVIOS AUXILIARES..........47 4.3 DIAGRAMA TRIFILAR DA SUBESTAO..........................................................47 4.3.1 DIAGRAMA TRIFILAR DO TRANSFORMADOR DE POTNCIA.................48 4.3.2 DIAGRAMA TRIFILAR DOS TRANSFORMADORES DE POTENCIAL DE 23Kv.........................................................................................................................................50 4.3.3 DIAGRAMA TRIFILAR DO MDULO BANCO DE CAPACITORES.............50 4.3.4 DIAGRAMA TRIFILAR DOS ALIMENTADORES DE 23 Kv...........................51 4.3.5 DIAGRAMA TRIFILAR DO MDULO DE TRANSFERNCIA.......................51 4.3.6 DIAGRAMA TRIFILAR DO MDULO DE SERVIOS AUXILIARES...........52 4.4 DIAGRAMA FUNCIONAL DA SUBESTAO.......................................................52 4.4.1 DIAGRAMA FUNCIONAL DO TRANSFORMADOR DE POTNCIA............52 4.4.1.1 DIAGRAMA FUNCIONAL DE DISTRIBUIO DE TENSO AUXILIAR 125Vcc......................................................................................................................................53 4.4.1.2 DIAGRAMA FUNCIONAL DE DISTRIBUIO DE TENSO AUXILIAR 127/220Vca...............................................................................................................................53 4.4.1.3 DIAGRAMA FUNCIONAL DE COMANDO E PROTEO...........................53 4.4.1.4 DIAGRAMA FUNCIONAL DE VENTILAO FORADA............................56

4.4.2 DIAGRAMA FUNCIONAL DO MDULO BANCO DE CAPACITORES DE 23Kv.........................................................................................................................................56 4.4.2.1 DIAGRAMA FUNCIONAL DE DISTRIBUIO DE TENSO AUXILIAR 125Vcc......................................................................................................................................56 4.4.2.2 DIAGRAMA FUNCIONAL DE DISTRIBUIO DE TENSO AUXILIAR 127/220Vca...............................................................................................................................56 4.4.2.3 DIAGRAMA FUNCIONAL DE COMANDO E PROTEO...........................57 4.4.3 DIAGRAMA FUNCIONAL DO MDULO DOS ALIMENTADORES E DO TRANSFERNCIA DE 23Kv...............................................................................................58 4.4.3.1 DIAGRAMA FUNCIONAL DE DISTRIBUIO DE TENSO AUXILIAR 125Vcc......................................................................................................................................58 4.4.3.2 DIAGRAMA FUNCIONAL DE DISTRIBUIO DE TENSO AUXILIAR 127/220Vca...............................................................................................................................58 4.4.3.3 DIAGRAMA FUNCIONAL DE COMANDO E PROTEO...........................59 4.4.4 DIAGRAMA FUNCIONAL DE TELECOMANDO...............................................60 4.4.4.1 DIAGRAMA FUNCIONAL DE DISTRIBUIO DE TENSO AUXILIAR 125Vcc......................................................................................................................................60 4.4.4.2 DIAGRAMA FUNCIONAL DE DISTRIBUIO DE TENSO AUXILIAR 127/220Vca...............................................................................................................................60 4.4.1.3 DIAGRAMA FUNCIONAL DE TELECOMANDO............................................60 4.5 VISTA DOS PAINIS...................................................................................................61 4.6 LISTA DE CABOS........................................................................................................61 5 CONCLUSO......................................................................................................................63 6 REFERNCIAS...................................................................................................................64

LISTA DE ABREVIATURAS

ABNT: Associao Brasileira de Normas Tcnicas

DELET: Departamento de Engenharia Eltrica

PPGEE: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica

UFRGS: Universidade Federal do Rio Grande do Sul

CDP: Consultoria e Desenvolvimento de Projetos

SE: Subestao

NEMA: National Electrical Manufacturers Association

NBR: Norma Brasileira Regulamentadora

ANSI: American National Standards Institute

ABNT: Associao Brasileira de Normas Tcnica

NR: Norma Regulamentadora

TR: Transformador

TC: Transformador de Corrente

TP: Transformador de Potencial

TPC: Transformador de Potencial Capacitivo

TPI: Transformador de Potencial Indutivo

DJ: Disjuntor

PR: Pra-Raio

CS: Chave Seccionadora

CPU: Central Processing Unit

CC: Corrente Contnua

CA: Corrente Alternada

AT: Alta tenso

BT: Baixa Tenso

CI: Caixa de Interligao

IHM: Interface Homem Mquina

SEL: Schweitzer Enginnering LaboratorieS

14

1 INTRODUO

Como nos dias de hoje as unidades geradoras encontram-se muito distantes dos grandes centros de carga, o setor eltrico passou a depender muito das subestaes para a transmisso da energia, j que elas adequam os nveis de tenso de forma a diminuir as perdas durante o seu percurso. Alm de diminuir os custos das transmisses, as subestaes so responsveis tambm pelas protees das linhas, alm de possuir equipamentos de manobra que aumentam a confiabilidade do sistema eltrico.

O projeto de uma subestao dividido em trs partes, o projeto civil, o projeto eletromecnico e o projeto eltrico.

Este trabalho tem como objetivo mostrar como foi desenvolvido o projeto eltrico de uma subestao de energia, realizado durante o estgio na empresa CDP Engenharia. O projeto teve como base outros projetos realizados para a mesma concessionria e que possuam caractersticas semelhantes a este. Minha participao foi de auxlio ao engenheiro Gilberto Cracco no desenvolvimento do projeto, participando de todas as etapas da elaborao do mesmo. Quanto ao andamento do projeto, ele est sendo analisado pela concessionria e poder haver correes de acordo com as necessidades da mesma.

Alm do projeto eltrico da subestao, ser abordada ainda uma classificao das subestaes quanto sua funcionalidade e quanto ao seu tipo de operao, alm de mostrar os equipamentos que a formam, de uma maneira mais sucinta.

15

2 SUBESTAES 2.1 Definio:

Subestaes de energia eltrica so instalaes cuja finalidade adequar os parmetros de tenso e corrente das linhas em que esto ligadas a nveis viveis, tanto tecnicamente quanto economicamente para a transmisso e distribuio desta energia.

As subestaes servem para viabilizar a transmisso da energia eltrica j que essa transmisso deve ser feita da forma mais eficiente com a menor porcentagem de perdas no caminho. Como a principal perda na transmisso ocorre por efeito Joule , (P = R x I 2) devido altas correntes nos cabos, essa energia deve ser elevada a altos valores de tenso para que as perdas sejam diminudas. Logo, quando a energia gerada seja energia hidrulica, trmica, elica ou nuclear, ela deve ser elevada a altas tenses durante o percurso at as redes de distribuio onde ser rebaixada conforme a necessidade das localidades. Portanto, durante o percurso energia eltrica passar por subestaes que possibilitam o aumento e a diminuio dos valores da tenso e tambm fazem a proteo dos sistemas eltricos.

Para que a energia seja distribuda para os consumidores ela ter sua tenso rebaixada em uma subestao para valores que evitem riscos de acidentes e minimizem os custos de cabos e equipamentos de distribuio.

As subestaes tambm podem ser usadas como conversoras da energia, isto no Brasil ocorre na usina de Itaip que tem a necessidade de transformar a energia comprada de geradores paraguaios cuja frequncia de 50Hz em 60Hz, que a frequncia de distribuio no Brasil.

Para realizar essas funes as subestaes possuem equipamentos de manobra, transformao e de compensao usados para dirigir o fluxo de energia do sistema de potncia e possibilitar a sua diversificao atravs de rotas alternativas, bem como realizar a proteo do sistema atravs de equipamentos que identificam e isolam trechos defeituosos.

A figura a seguir mostra, como exemplo, uma Subestao elevadora de 500kV localizada em Ibina, SP.

16

Figura 1: Subestao 500kV Furnas Ibina, SP.

2.2 Tipos de Subestaes

As subestaes podem ser classificadas dependendo de vrios fatores, desde a sua funo at a sua forma de instalao. Primeiramente ser apresentada uma classificao quanto funo que as subestaes exercem. Dependendo da funo ela pode ser das seguintes formas: uma subestao elevadora, de cliente, de transmisso, de interligao, de distribuio e conversoras.

As elevadoras so aquelas subestaes construdas na sada das unidades geradoras de energia eltrica e tem como finalidade, como o nome j diz de elevar a tenso em que a energia est sendo produzida a fim de diminuir custos da transmisso. Isso, pelo fato de que a transmisso deve ser feita com as menores perdas, conforme foi mencionado anteriormente. Essas subestaes so de grande porte e geralmente so construdas pelas prprias empresas geradoras da usina.

As subestaes de cliente so aquelas em que o proprietrio , por exemplo, uma indstria e funciona como fonte principal de energia dela. Nela, os recursos e requisitos dependem das necessidades do proprietrio da subestao.

Subestaes de transmisso so aquelas usadas para a interligao de sistemas de alta ou extra alta tenso. Realizam tambm o seccionamento de circuitos permitindo a energizao em trechos sucessivos de menor comprimento.

As de interligao so subestaes cuja funo o seccionamento das linhas de transmisso visando usos futuros dessas linhas.

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Alm das subestaes de interligao ainda existem as subestaes de distribuio, localizadas prximas aos centros urbanos, que rebaixam o nvel de tenso para um valor que torna vivel a distribuio dessa energia para os consumidores.

As conversoras como j mencionado, esto associadas transmisso de corrente contnua (Retificadoras e Inversoras) e o principal exemplo Itaip que necessita de uma subestao conversora para a energia comprada do Paraguai, j que o gerador paraguaio fornece energia com frequncia diferente da brasileira.

Outra forma de classificar as subestaes quanto ao tipo de instalao e podem ser de duas formas: subestao externa ou ao tempo e subestao interna ou abrigada. Subestaes externas so aquelas em que os equipamentos so instalados ao ar livre e, portanto requerem um funcionamento em condies atmosfricas diversas. J as subestaes internas ou abrigadas so construdas em edificaes ou cmaras subterrneas e, alm disso, podem ser isoladas a gs tal como o hexafluoreto de enxofre (SF6).

Quanto a forma de operao elas podem ser com operador, semi-automticas e automatizadas. A primeira bastante usual em subestaes de grande porte j que necessrio um operador para o uso dos equipamentos de superviso e para o processo de operao local.

As semi-automticas so providas com computadores locais e intertravamentos que impedem que sejam feitas operaes indevidas pelo operador. Por ltimo a mais utilizada atualmente que a subestao automatizada, nela a superviso feita a distncia por computadores.

2.3 Tipos de barramentos

Existem alguns fatores que devem ser considerados para o projeto de uma Subestao e um deles disposio do barramento e dispositivos de comutao. necessrio que eles tenham uma flexibilidade tanto na operao, quanto na manuteno para que mesmo com um defeito se possa garantir uma continuidade de fornecimento de energia para todos os consumidores.

Os barramentos, segundo McDonald [1] podem ter os seguintes arranjos:

Barramento simples;

Barramento duplo, disjuntor duplo; Barramento principal e de transferncia;

Barramento duplo, disjuntor simples; Barramento em anel;

Disjuntor e meio.

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Barramento simples: utilizado quando a Subestao possui apenas um barramento de AT ou BT e esta configurao mais utilizada em pequenas subestaes. Conforme mostrado na figura, ele possui um barramento principal com todos os circuitos conectados diretamente ao barramento, com isso gerando uma confiabilidade muito baixa ao sistema. Uma falha ou uma manuteno em qualquer desses circuitos faz com que o resto do sistema seja desenergizado.

Figura 2: Barramentos simples

Barramento duplo, disjuntor duplo: este arranjo, conforme mostrado na figura 2, tem um nvel de confiabilidade muito elevado j que existem dois disjuntores, um para cada circuito. Como existem dois barramentos separados, a falha em um deles no afetar a operao do outro. um arranjo de alto custo j que requer mais equipamentos e tambm necessria uma maior rea para a subestao.

Figura 3: Barramento duplo, disjuntor duplo.

Barramento principal e de transferncia: o tipo utilizado na maioria das subestaes, pois oferece uma boa flexibilidade de manuteno. Todos os circuitos esto conectados entre o barramento de transferncia e o barramento principal como mostra a figura 3. Por ter dois barramentos existe a possibilidade de manuteno de um deles mantendo-se as cargas no outro, ainda que com limitaes.

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Figura 4: Barramento principal e de transferncia.

Barramento duplo, disjuntor simples: esse esquema tem dois barramentos principais ligados aos circuitos e outro que permite a transferncia de circuitos entre os barramentos conforme mostrado na figura 4. Isso permite o funcionamento do sistema com qualquer barramento, no entanto qualquer falha no disjuntor entre os barramentos causar a queda do sistema.

Figura 5: Barramento duplo, disjuntor simples.

Barramento em anel: Neste esquema os disjuntores esto dispostos em anel com circuitos entre os disjuntores. Quando h uma falha em um circuito, os dois disjuntores adjacentes atuam sem afetar o resto do sistema. Da mesma forma, uma falha de barramento afetar somente os disjuntores adjacentes e o resto do sistema continuar energizado. Da mesma forma, uma falha em um disjuntor far com que os disjuntores adjacentes sejam acionados para isolar a falha.

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Na figura abaixo mostrada a configurao em anel.

Figura 6: Barramento em anel.

Barramento disjuntor e meio: pode ser desenvolvido a partir de um arranjo em anel e est sendo mostrado na figura 6. Uma falha no disjuntor do lado do barramento s vai afetar um circuito e a manuteno de um disjuntor pode ser realizada sem a interrupo de nenhum circuito. Esse arranjo muito confivel e pode continuar se expandindo dependendo da necessidade.

Figura 7: Barramento em disjuntor e meio.

Em algumas subestaes que possuem apenas uma entrada e um transformador de potncia no necessria a utilizao de barramentos e a entrada direta conforme a figura 7.

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Figura 8: Subestaes com entrada direta sem barramentos.

Ainda existe outra forma de classificar os barramentos das subestaes que quanto a sua continuidade, que podem ser contnuos ou seccionados. Os contnuos no possuem chaves ou disjuntores particionando ou interrompendo o barramento, j os seccionados tm duas ou mais sees interligadas que podem ser feitas por chaves ou disjuntores.

2.4 Projetos de uma Subestao

Como uma subestao requer muitos custos para sua implantao, os projetos devem ser muito criteriosos para que no ocorram falhas durante a sua operao e por isso, so necessrios estudos e avaliaes.

Os projetos que envolvem uma subestao so o projeto civil, eletromecnico e o eltrico.

Projeto Civil: um conjunto de projetos das estruturas dos equipamentos, prticos, prdios e terreno da subestao. No projeto civil so calculadas e projetadas bases para os equipamentos, prticos dos barramentos, localizao das fundaes dos equipamentos, o arruamento, prdio de comando, trajeto das canaletas de fora e comando, drenagem de guas pluviais do terreno, bacia do transformador, as cercas perimetrais e detalhes de fechamento e aterramento, empedramento do ptio e diagrama isomtrico com respectivos esforos.

Projeto Eletromecnico: onde feito a elaborao dos circuitos de potncia, dimensionamento dos equipamentos eltricos, dimensionamento da malha de terra, das estruturas de sustentao, lanamento de canaletas e eletrocalhas, etc. O projeto eletromecnico e o projeto civil so

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interdependentes, e por isso devem ser feitos em conjunto para evitar problemas nos dimensionamentos do projeto e assim, evitar prejuzos nas obras.

O projeto eletromecnico exige uma srie de estudos, entre os quais esto: a resistividade do solo, oramento de materiais e equipamentos, estudos da potncia que ser necessria para a operao da subestao, etc. Aps estes estudos so definidos todos os detalhes para a montagem dos equipamentos da subestao, arranjo de interligao dos equipamentos, desenhos de planta e cortes.

O projeto eletromecnico se divide em: Arranjo Geral, Rede Area, Detalhe de Instalao, Iluminao e Tomadas e Rede de Terra.

No Arranjo Geral mostrada a localizao da SE no terreno, com uma amarrao da mesma com a rea onde ser construda e o layout bsico da subestao. Para a configurao da Planta da subestao, os equipamentos devem estar definidos e neste projeto devem ser preservadas as distncias de fase-fase e fase-terra conforme estipulado na NEMA SG6 que mostrada na tabela. No projeto da planta j so previstas as manobras de transferncia e possveis ampliaes e a partir dele so projetadas as fundaes e canaletas do projeto civil. Ainda nesta parte do projeto mostrado o corte da subestao a partir da planta, mencionada anteriormente, com ele identificamos as alturas dos equipamentos, barramentos e prticos e da mesma forma devemos respeitar as distncias mnimas estipuladas pela NEMA SG6.

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Tabela 1: Nema SG6.

12345678910111213141516

---- 3,05

3,66

4,27

4,88

5,496,1

----

0,91

0,91

1,22

1,52

1,83

2,13

2,74

3,35

3,96

4,88

5,49-

----

0,76

0,76

0,91

1,22

1,52

1,83

2,13

2,44

2,74

3,35

3,96

4,88

----

0,46

0,61

0,76

0,91

1,22

1,52

3,66

3,96

4,27

4,57

4,88

5,49

2,44

2,74

3,05

3,05

3,05

3,35

650759808898982 ------

2,13

2,64

3,15

3,66

4,22

-----

0,64

1,07

1,27

1,471,8

2,11

2,69----

0,15

0,18

0,25

0,33

0,43

1300

1550

1800

2050

30456080100145

5506507509001050

1050

362550550800

95110150200250350

121145169242242362 8,25

15,5

25,8

38,8

48,3

72,5

Espaamentos recomendados entre fases, centro e centro (m)Espaamento mnimo entre

condutores areos e o solo,

para segurana pessoal (m)

Tenso suportvel

nominal a impulso

de manobra (kV

pico)

PARMETROS BSICOS - NEMA 2G6

SUBESTAES CONVENCIONAIS AO TEMPO E ISOLAMENTO EM AR

230

0,19

0,250,3

0,46

Linha Tenso Nominal

Mxima (kV Eficaz)

A impulso

atmosfrico (onda

1,2x50us)(kV pico)

A 60 Hz sob chuva

10s (kV Eficaz)

Espaamento mnimo (metal-

metal) entre condutores

energizados suportados

rigidamente (m)Recomendado

Mnimo

Chaves com chifres

e fusveis tipo

expulso

Seccionadoras de

abertura horizontal

Suporte de barramentos, chaves de

abertura vertical, fusveis de fora e

condutores rgidos

275315385455

0,53

0,79

1,351,6

Tenso suportvel nominalEspaamento fase-terra (m)

455525620710

1,83

2,26

2,67

3,02

830

----

0,19

0,250,3

0,38

0,46

0,74

1,19

1,33

1,56

1,932,3

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Na Rede Area do projeto Eletromecnico so mostrados todos os conectores utilizados nas conexes entre equipamentos, barramentos e prtico da subestao. Ele se baseia nos desenhos do Arranjo Geral de planta e cortes para quantificar esses conectores.

O Detalhe de Instalao a parte do projeto em que mostra como ser feito os aterramentos dos equipamentos, com identificao dos conectores e cabos, sadas de cabos de interligao e medio dos equipamentos. Esses desenhos, juntamente com as bases e estruturas dos equipamentos auxiliam as equipes durante a montagem dos equipamentos nas subestaes.

O projeto de Iluminao e Tomadas mostra a locao na planta das luminrias, caixas de interligao e caixas de tomadas necessrias na subestao. Para isto, anteriormente feito um estudo luminotcnico das necessidades do local, visando uma boa iluminao dos equipamentos e com isso, evitar acidentes. Ainda temos um esquema eltrico que mostra todas as ligaes das luminrias e tomado e os detalhes de instalao da luminria, tomadas e caixas de interligao.

A Rede de Terra o desenho da quadricula da malha de terra e para isso feito um dimensionamento dessa malha. Para esse dimensionamento necessrio um estudo da resistividade do solo da subestao atravs do Mtodo de Wenner. Normalmente a malha possui um espaamento menor no centro da subestao, aumentando na periferia e quanto menos a resistividade do solo maior sero as distncias entre os cabos da malha. As finalidades do aterramento so a proteo das instalaes, estabelecer um referencial de tenso para a instalao e um caminho corrente de falta e proporcionar uma superfcie equipotencial no solo [2].

A malha de terra deve estar de acordo com as normas NBR 14039 e a NR-10 que regulamentam as instalaes eltricas e tem como objetivo a segurana das pessoas envolvidas nas instalaes.

Projeto eltrico: nele que se define a filosofia de funcionamento da subestao, com ele feita a proteo, sinalizao e controle de todas as interligaes entre os equipamentos. Este assunto ser abordado com mais nfase no captulo 4.

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3 EQUIPAMENTOS DE UMA SUBESTAO

Uma subestao de energia possui equipamentos que visam segurana dos operadores, tanto na manuteno quanto na operao da mesma, bem como seu melhor funcionamento. Os principais desses equipamentos so: transformadores de Fora, reatores em derivao, buchas, transformadores de corrente, transformadores de potencial, para-raios, chaves, disjuntores, capacitores em derivao e capacitores em srie.

Esses equipamentos se dividem, quanto a sua finalidade da seguinte forma:

Equipamentos de Transformao: Transformadores de fora e transformadores de instrumento (transformadores de potencial e de corrente (capacitivos ou indutivos))

Equipamentos de Manobra: Disjuntores e Chaves Seccionadoras

Equipamentos de Proteo: Pra-Raios e Rels

Equipamentos de Compensao de Reativos: Capacitor derivao ou srie

3.1 Transformadores de Fora

o equipamento base de uma subestao de energia e possibilita a flexibilidade de um sistema em operar com a tenso mais conveniente, tanto do ponto de vista tcnico quanto do econmico. ele que eleva ou rebaixa a tenso para os nveis necessrios na subestao, alm de poder tambm isolar eletricamente circuitos entre si, ajustar as impedncias, ou todas estas finalidades citadas ao mesmo tempo.

Os transformadores de fora podem ser classificados segundo seu meio isolante, nmero de fases e tipos de enrolamentos [3].

Quanto ao meio isolante: podem ser a leo mineral, a lquidos isolantes pouco inflamveis (silicone) e a seco;

Quanto ao nmero de fases: podem ser monofsicos ou trifsicos

Quanto ao enrolamento: podem ser de dois ou mais enrolamentos isolados eletricamente uns dos outros (primrio, secundrio e tercirio) ou podem ser com um enrolamento com ramificaes para obter diferentes nveis de tenso (autotransformador).

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Os transformadores so equipamentos muito especficos e suas caractersticas dependem das necessidades das subestaes. mostrada abaixo a figura de um transformador de potncia da marca WEG.

Figura 9: Transformador de potncia WEG (Fonte: Site WEG).

Ncleo Magntico: normalmente do tipo envolvido, as colunas esto dispostas em um plano e interligadas pelas culatras.

Enrolamentos: so feitos de cobre com seo normalmente retangular e o tipo do enrolamento depende da potncia e da tenso do transformador. Para tenses mais altas so utilizados enrolamentos em disco e para tenses baixas enrolamento em camadas.

Buchas: permitem a passagem dos cabos de linha para dentro do transformador sem que ocorra contato entre os meios interno e externo.

Comutador: um enrolamento especial com derivaes (TAPs), que pode ser operado em vazio ou em carga. Ele usado para modificar a relao de transformao de forma que as cargas sejam alimentadas adequadamente. Acionamentos motorizados so usados para

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operar os comutadores em carga, j os comutadores em vazio devem ser operados somente com o transformador desernegizado.

Tanque de expanso: o leo contido no tanque tem caracterstica de variao de volume associado variao de temperatura, ou seja, o leo em expanso deve ser direcionado ao tanque de expanso de forma que no haja sobrepresso no tanque. No movimento de contrao, o leo presente no tanque transferido para o tanque do transformador.

Refrigerao: a refrigerao fundamental para a segurana operacional e o tempo de vida do transformador. Existem algumas formas de refrigerao: refrigerao natural (ONAN), onde o calor absorvido pelo leo e dissipado atravs de radiadores, refrigerao ONAN/ONAF onde os radiadores so refrigerados por meio de ventiladores, refrigerao com banco de radiadores separados ou com trocador de leo/gua.

Rel Buchholtz: protege o transformador contra falhas internas que provoquem a produo de gs ou diminuio no nvel de leo.

Indicador de nvel de leo: acionado quando o nvel de leo atinge um ponto inferior ou superior ao estabelecido.

Para o dimensionamento dos transformadores so necessrios alguns parmetros, que so Potncias nominais, tenso de operao e relao de transformao entre a tenso nominal do primrio e do secundrio [4].

3.2 Transformadores de Instrumentos

So equipamentos utilizados para adequar os sinais de alta tenso a serem medidos para os instrumentos de medio. Os transformadores de equipamentos so o TC (Transformador de Corrente) e o TP (Transformador de Potencial). Eles so usados para medir tenso, corrente e fator de potncia, alm de serem utilizados para a proteo da Subestao. Os transformadores de instrumento suprem os rels e medidores com quantidades proporcionais aos circuitos de potncia, mas suficientemente reduzidas, de forma que estes instrumentos podem ser fabricados relativamente pequenos, do ponto de vista de isolamento.

3.2.1 Transformadores de Corrente

So equipamentos capazes de produzir proporcionalmente em seu circuito secundrio a corrente de seu primrio com sua posio fasorial mantida, conhecida e adequada para o uso em instrumentos de medio, controle e proteo.

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Os transformadores de corrente tem seu enrolamento primrio ligado em srie com o circuito de alta tenso, esse enrolamento constitudo de poucas espiras de material condutor de cobre de grande seco. A impedncia do transformador de corrente, vista do seu lado primrio desprezvel, comparada com a do sistema ao qual estar instalado, mesmo que se leve e conta a carga que se coloca em seu secundrio. Assim, a corrente que circular no primrio do equipamento ditada pelo circuito de potncia, chamado de circuito primrio.

O secundrio apresenta o nmero de espiras tal que em seu enrolamento a corrente seja de 5 A, que a corrente padronizada pela ABNT [4].

Os Transformadores de corrente, quanto a sua funo, dividem-se em:

TCs para medio: possuem maior preciso e possuem um ncleo dimensionado de tal forma que ele sature no permitindo que a corrente no secundrio ultrapasse o valor nominal e assim protege os equipamentos de medio;

TCs para proteo: possuem uma menor preciso, e a corrente do secundrio pode ultrapassar o valor nominal, quando numa situao de falta, para o sistema de proteo atuar instantaneamente ou depois de alguns instantes dependendo da intensidade e durao da falta.

Quanto a sua forma de construo, os TCs podem ser classificados da seguinte forma:

Tipo primrio enrolado: TC cujo enrolamento primrio constitudo de uma ou mais espiras e envolve mecanicamente o ncleo do transformador. Este tipo usado quando so requeridas relaes de transformaes inferiores a 200/5. Possui isolao limitada e, portanto, se aplica em circuitos at 15kV;

Tipo bucha: Consiste de um ncleo em forma de anel (ncleo toroidal), com enrolamentos secundrios. O ncleo fica situado ao redor de uma bucha de isolamento, atravs da qual passa um condutor, que substituir o enrolamento primrio. Este tipo de TC, comumente encontrado no interior das buchas de disjuntores, transformadores, religadores, etc;

Tipo janela: Tem construo similar ao tipo bucha, sendo que o meio isolante entre o primrio e secundrio o ar. O enrolamento primrio o prprio condutor do circuito, que passa por dentro da janela;

Tipo barra: TC cujo enrolamento primrio constitudo por uma barra montada permanentemente atravs do ncleo do transformador;

Tipo com ncleo dividido: TC tipo janela em que parte do ncleo separvel ou basculante, para facilitar o enlaamento do condutor primrio;

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Tipo com vrios enrolamentos primrios: TC com vrios enrolamentos primrios distintos e isolados separadamente; Tipo de vrios ncleos: TC com vrios enrolamentos secundrios isolados separadamente e montados cada um em seu prprio ncleo, formando um conjunto com um nico enrolamento primrio, cujas espiras, ou espira, enlaam todos os secundrios.

Segundo a ABNT, os valores nominais que caracterizam os TCs, so: corrente nominal e relao nominal, classe de tenso de isolamento, frequncia nominal, carga nominal, fator de sobrecorrente, classe de exatido, fator trmico e limites de corrente de curta-durao para efeitos trmico e dinmico.

A figura abaixo mostra um transformador de corrente localizado no ptio da SE Canoas 3.

Figura 10: Transformador de Corrente 69kV SE Canoas 3.

3.2.2 Transformadores de Potencial

Em sistemas de alta tenso, as medies de tenso no so feitas diretamente da rede primria, para isso so utilizados equipamentos denominados transformadores de potencial (TP). Esse equipamento tem como finalidade isolar o circuito de baixa tenso (secundrio) do circuito de alta (primrio) e de produzir os efeitos transitrios e de regime permanente aplicado ao circuito de alta-tenso no circuito de baixa tenso.

Os TPs so projetados e construdos para uma tenso secundria nominal padronizada de 115V, sendo a tenso primria nominal estabelecida de acordo com a tenso entre fases do circuito em

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que o TP ser ligado. Os terminais do primrio do TP so ligados em paralelo com a tenso a ser medida [4].

Quanto ao tipo, os transformadores de potencial podem ser classificados da seguinte forma:

Transformadores de Potencial Indutivos (TPI): semelhante a um transformador de fora conectado a uma pequena carga. So mais utilizados em tenses entre 600V e 69kV;

Transformadores de Potencial Capacitivos (TPC): so constitudos de dois capacitores cujas funes so de divisor de tenso e de acoplar a comunicao via carrier ao sistema de potncia. Sua utilizao mais frequente em sistemas com tenso maior que 138kV;

Divisores resistivos: so como os capacitivos, mas usando resistores, no so utilizados em sistemas de potncia e sua aplicao feita em circuitos de ensaio e pesquisa em laboratrios;

Divisores mistos (capacitivo e resistivo): um misto dos dois anteriores, e tambm no utilizado em sistemas de potncia.

Segundo a ABNT, os valores nominais que caracterizam os TPs, so: tenso primria nominal e relao nominal, carga nominal, classe de exatido e potncia trmica nominal.

Abaixo mostrada uma figura de um transformador de potencial 69kV.

Figura 11: Transformador de Potencial Capacitivo 69kV - AREVA.

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3.3 Disjuntores

um equipamento de manobra, capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes nas condies normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir durante um tempo especificado e interromper correntes sob condies anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito.

A principal funo dos disjuntores a interrupo de correntes de falta to rapidamente quanto possvel, de forma a limitar a um mnimo os possveis danos aos equipamentos pelos curtos-circuitos. Tambm deve interromper correntes normais de carga, correntes de magnetizao de transformadores e reatores e as correntes capacitivas de bancos de capacitores e linhas em vazio [5].

Quando da manobra de fechamento, o disjuntor de potncia deve tambm, no caso de um curto-circuito, atingir de maneira correta a sua posio fechada e conduzir a corrente de curto-circuito. Na manobra de abertura, o disjuntor deve suportar todos os casos de manobras possveis da rede onde est instalado.

Os disjuntores devem ser capazes de abrir correntes de 20 a 50 vezes a sua corrente nominal, em tempos de 2 ciclos (33,3ms) aps ficarem na posio fechada por vrios meses. Por isso, alguns cuidados devem ser levados em considerao durante o projeto do equipamento, como reduzir as partes mveis e de garantir a mobilidade das vlvulas, ligaes mecnicas, etc.

Os disjuntores podem ser classificados de vrias formas, quanto a sua construo, meios de interrupo do arco e mecanismo de acionamento.

Quanto a construo, os disjuntores podem ser de duas formas, em plos juntos ou plos separados. Os de plos juntos possuem todos os plos numa s carcaa e geralmente so em disjuntores a seco ou grande volume de leo. Os de plos separados apresentam uma carcaa para cada plo e so encontrados em todos os tipos de disjuntores.

Quanto aos meios de interrupo do arco, tm-se:

Disjuntores a leo: podem ser a grande ou a pequeno volume de leo. No de grande volume os contatos ficam no centro de um tanque contendo leo, que usado para interrupo e isolamento para a terra das correntes. No de pequeno volume de leo, o leo serve para a extino do arco.

Disjuntores a ar comprimido: a extino do arco obtida a partir da admisso nas cmaras de ar comprimido que, soprando sobre a regio entre os contatos, determina o resfriamento do arco e sua compresso. A reignio do arco em seguida ocorrncia de um zero de

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corrente prevenida pela exausto dos produtos ionizados do arco da regio entre os contatos pelo sopro de ar-comprimido;

Disjuntores a Gs SF6: Os primeiros disjuntores a SF6 eram do tipo dupla presso baseado no funcionamento dos disjuntores de ar comprimido. Estes foram substitudos pelos disjuntores do tipo puffer (ou impulso) tambm denominados de presso nica. Os Disjuntores a gs SF6 tm sido bastante utilizados devido sua confiabilidade e baixa manuteno;

Disjuntores vcuo: Nesse disjuntor, interrupo da corrente no vcuo consiste na separao de um contato mvel de um contato fixo dentro de um recipiente com vcuo.

Disjuntor a seco (sopro magntico): encontram sua maior utilizao em cubculos blindados. A interrupo por alongamento e secionamento do arco.

Quanto ao mecanismo de acionamento podem ser por mecanismo manual, ou mecanismo de acionamento distncia que pode ser por solenoide, motor e mola, pneumtico ou hidrulico.

Os parmetros considerados para o dimensionamento dos disjuntores so: tenso nominal, corrente nominal, capacidade de interrupo nominal de curto-circuito, capacidade de estabelecimento nominal em curto circuito, durao nominal da corrente de curto-circuito e sequencia nominal de operaes [4].

A figura abaixo mostra um disjuntor da marca AREVA de 69 kV.

Figura 12: Disjuntor 69kV - AREVA.

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3.4 Chaves Seccionadoras

So equipamentos utilizados para o isolamento ou conexo dos circuitos em uma Subestao, sendo que deve operar com o circuito j desenergizado j que no possui mtodo de ruptura de arco voltaico. As chaves podem ser acompanhadas por lmina de terra, que serve para que quando a chave est aberta fazer a manuteno, aterrar o circuito que foi desligado e, assim evitar qualquer acidente durante a manuteno.

Para o isolamento de um componente em manuteno, as chaves abertas devem ter uma suportabilidade entre terminais s solicitaes dieltricas de forma que o pessoal de campo possa executar o servio de manuteno em condies adequadas de segurana.

As manobras so usadas em uma subestao para transferir a carga de um barramento de alimentao para outro reserva, por exemplo, no caso de ser necessria uma manuteno do barramento, ou qualquer tipo de servio no mesmo.

Os secionadores somente podem operar quando houver uma diferena de tenso insignificante entre seus terminais ou nos casos de restabelecimento ou interrupo de correntes insignificantes.

As chaves seccionadoras costumam apresentar dispositivos de intertravamento entre os mecanismos de comando manual e motorizado das lminas dos seccionadores e entre as lminas principais e as de terra.

As chaves podem ser classificadas quanto ao seu comando de operao, que pode ser de forma manual ou motorizada. O comando manual pode ser feito por meio de uma vara isolante ou por manivela localizada na base do seccionador. A operao motorizada pode ser feita por um nico mecanismo que, atravs de hastes, comanda a operao conjunta de dos trs plos ou por mecanismos independentes para cada plo do seccionador (pantogrficos e semipantogrficos).

Tambm podem ser classificadas de acordo com o tipo de abertura. Para a escolha do tipo de seccionadora so levados em considerao alguns fatores, entre eles: nvel de tenso, esquema de manobra da subestao, limitaes de rea ou de afastamentos eltricos, funo desempenhada e tipo de padro j utilizado pela empresa.

Os seccionadores de abertura lateral e de abertura central acarretam espaamentos entre eixos de fases maiores que os demais, para manter o espaamento fase-fase especificado. O seccionador de dupla abertura crtico para tenses maiores que 345kV. As lminas tornam-se muito longas e tendem a sofrer deformaes principalmente nos esquemas de manobra em que determinados seccionadores operam normalmente abertos.

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Os seccionadores pantogrficos, semipantogrficos e verticais reversos apresentam a vantagem de economia de rea, os trs plos no precisam necessariamente estar alinhados como nos tipos de seccionadores com acionamento conjunto dos plos e as fundaes so menores. Eventualmente os seccionadores pantogrficos podem apresentar maior frequncia de manuteno para o ajuste das articulaes.

Para o dimensionamento das chaves seccionadoras so levados em considerao alguns fatores: tenso nominal, nvel de isolamento, tenso suportvel nominal de frequncia industrial, tenso suportvel nominal de impulso atmosfrico, tenso suportvel nominal de impulso de manobra, frequncia nominal, corrente nominal, sobrecarga continua, sobrecarga de curta durao, correntes nominais de curto-circuito, corrente suportvel nominal de curta durao, valor de crista nominal da corrente suportvel de curta durao, desempenho dos seccionadores e chaves de terra durante curto-circuito, esforos Mecnicos Nominais sobre os Terminais e capacidade de interrupo e de estabelecimento de corrente dos seccionadores e chaves de terra [4].

Na figura abaixo so mostradas as partes construtivas de uma chave seccionadora.

Figura 13: Chave Seccionadora 69kV - S&C.

3.5 Pra-raios

Os para-raios so equipamentos de proteo de uma subestao contra sobretenses atmosfricas e de manobra. Nas linhas de transmisso existem cabos pra-raios que servem para

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absorver as descargas dos raios que atingem as linhas de transmisso, caso a descarga no seja recebida por esse cabo esta carga ir atravs dessa linha at a subestao, onde o pra-raio absorver essa descarga para a malha de terra que se dispersar no solo, limitando a tenso sobre os equipamentos.

Manobras no sistema eltrico podem causar sobretenses e os para-raios podem absorver esses surtos. Atuam como limitadores de tenso, impedindo que valores acima de um determinado nvel pr-estabelecido possam alcanar os equipamentos para os quais fornecem proteo.

Um pra-raios constitudo de um elemento resistivo no-linear associado ou no a um centelhador em srie. Em operao normal, o pra-raios semelhante a um circuito aberto. Quando ocorre uma sobretenso, o centelhador dispara e uma corrente circula pelo resistor no-linear impedindo que a tenso nos seus terminais ultrapasse um determinado valor.

Para o dimensionamento dos Pra-raios so levados em considerao alguns fatores: tenso nominal, Tenso Disruptiva sob impulso atmosfrico e manobra, corrente de descarga, corrente subsequente, tenso residual, classe de descarga e frequncia nominal [4].

Na figura abaixo mostrada as partes construtivas de um Pra-raio.

Figura 14: Pra-raio 69kV - Delmar.

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3.6 Proteo

O sistema de proteo um dispositivo destinado a detectar anormalidades no sistema eltrico, atuando sobre um equipamento ou sistema, retirando os equipamentos com as anormalidades de operao e acionando circuitos de alarme quando necessrio. Tambm pode permitir a energizao de um equipamento ou de um sistema quando satisfeitas certas condies de normalidade.

As funes dos sistemas de proteo so de medir grandezas do sistema, comparar valores medidos com os valores dos ajustes aplicados, operar em funo destes resultados, acionar operao de disjuntores e sinalizar sua atuao via indicador visual ou sonoro.

Primeiramente, a proteo utilizada era eletromecnica e constituda basicamente de rels eletromecnicos, circuitos eltricos e circuitos magnticos. Existem os mais variados tipos de rels eletromecnicos sendo que cada tipo realiza uma funo. Estes rels so utilizados ainda somente em subestaes mais antigas, sendo que nas novas so utilizados rels digitais.

Alm da funo de proteo, os rels digitais podem ser programados para desempenhar outras tarefas. Eles podem medir correntes e tenses dos circuitos alm de fazer o autodiagnostico do sistema. Ele realiza a superviso contnua de seu hardware e software, detectando anormalidades que passam surgir e reparando antes que opere incorretamente.

Nos rels digitais se aplicam sinais analgicos provenientes dos transdutores primrios de corrente e potencial (TPs e TCs), e sinais discretos, que refletem o estado de disjuntores, chaves e outros rels. Os sinais analgicos passam adicionalmente por um conversor analgico-digital antes de entrar na unidade central de processamento (CPU). Os sinais discretos de sada do rel recebem processamento no subsistema de sadas discretas, que geralmente inclui rels eletromecnicos auxiliares para prov-lo de sadas tipo contato. O rel realiza tambm a funo de sinalizao de sua operao (bandeirolas) e de seu estado funcional mediante dispositivos de sinalizao (geralmente tipo luminoso) visveis no exterior. A maioria dos rels digitais dispe tambm de capacidade de comunicao com outros equipamentos digitais, mediante portas seriais e paralelas. Os principais rels utilizados na proteo de uma subestao so:

Sobrecorrente instantneo (50): opera quando o valor da corrente excede certo valor; Sobrecorrente instantneo e temporizado (50/51): pode operar pelo elemento temporizado

e instantneo. O elemento instntaneo opera quando a corrente atinge valores muito altos;

Sobretenso (59): opera quando a tenso excede determinado limite; Subtenso (27): opera quando a tenso cai abaixo de certo valor; Diferencial de transformador, gerador e barra (87): opera por comparao de corrente; Direcional (67): opera quando os valores de correntes e tenses se modificam

acentuadamente, um em relao ao outro;

Rel de Religamento (79): opera para comandar o religamento de um disjuntor;

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Rel de presso (63): opera para defeitos internos do transformador e para baixos nveis de presso em equipamentos encapsulados (SF6);

Rel de distncia (21): opera para defeitos em linhas de transmisso de alta tenso; Rel de subfrequncia (81): opera quando a frequncia cai abaixo de determinado valor

ajustado no rel; Rel de sincronismo (25): permite o fechamento do disjuntor caso as tenses em seus

plos possuam aproximadamente o mesmo mdulo, fase e frequncia.

Antigamente, com os rels eletromecnicos era necessrio um rel para cada uma das funes acima, cuja numerao dada pela tabela ANSI (American National Standards Institute) abaixo. J os rels digitais podem assumir mais de uma funo.

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Tabela 2: Nomenclatura ANSI (American National Standards Institute)

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Abaixo mostrado um rel digital Rel SEL 451-5.

Figura 15: Rel SEL 451-5.

3.7 Capacitores em derivao e em srie

A compensao reativa capacitiva tem o objetivo de diminuir os custos e visa otimizar o desempenho do sistema, compensando o fator de potncia das cargas. As principais caractersticas dessa compensao so aumentar a tenso nos terminais da carga, melhorar a regulao de tenso, reduzir as perdas na transmisso e reduzir o custo do sistema.

A figura abaixo mostra um banco de capacitores.

Figura 16: Banco de Capacitores.

Os capacitores srie so utilizados nos sistemas de transmisso para diminuir a reatncia srie das linhas e a distncia eltrica entre as barras terminais. As vantagens desta instalao so o aumento da capacidade de transmisso de potncia da linha, aumento da estabilidade do sistema, melhor diviso de potncia entre as linhas e economia de custos.

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4 PROJETO ELTRICO DE UMA SUBESTAO

A partir daqui sero analisadas as etapas do projeto eltrico de uma subestao e os documentos que o compem, utilizando um projeto de uma subestao 69/23kV para a anlise.

Para a confeco do projeto eltrico de uma Subestao so necessrias algumas informaes definidas no projeto eletromecnico ou pelo contratante do projeto. Essas informaes so:

Diagrama unifilar da subestao (parte de potncia); Definio das protees que atuaro em cada bay;

Especificao dos equipamentos. Em alguns casos, o projetista deve definir qual o rel digital ser utilizado e para isso, deve

observar alguns pontos no seu dimensionamento. O rel dever ser capaz de realizar as funes planejadas, dever possuir entradas analgicas de tenso e corrente em quantidade suficiente para receber todos os sinais necessrios e com o mesmo valor nominal do secundrio dos TPs e TCs, a alimentao do rel ser contnua e do mesmo valor da alimentao do painel, dever possuir entradas e sadas digitais suficientes para receber todos os sinais e operar todos os equipamentos do campo.

Tambm essencial que todos os rels de proteo de uma Subestao sejam do mesmo fabricante para que no ocorram problemas de comunicao entre eles.

Para o projeto analisado foram escolhidos rels da marca SEL (Schweitzer Enginnering Laboratories), SEL-487E para o transformador de potncia e SEL-451-5 para os alimentadores.

No anexo I so listadas algumas caractersticas dos rels fornecidas no catlogo do fabricante [6] e [7].

Aps a escolha do rel digital utilizado no projeto da subestao, parte-se para a confeco do Projeto eltrico e os documentos que o compe so listados a seguir:

Diagrama unifilar;

Diagrama trifilar;

Diagrama funcional;

Funcional de telecomando;

Vistas dos painis;

Lista de Cabos.

4.1 Caractersticas da Subestao

A Subestao em estudo ser uma Subestao da concessionria AES SUL (SE Centro Serra) e as caractersticas principais do projeto so listadas abaixo:

1 mdulo de entrada de linha de 69kV de SE Radial sem disjuntor; 1 mdulo de conexo do transformador 69kV;

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1 transformador de 25MVA 96/23kV com comutao sob carga;

1 mdulo de conexo do transformador 23kV;

4 mdulos de alimentadores de 23kV, na configurao de barra de transferncia e barra principal;

1 mdulo de servios auxiliares;

1 mdulo de conexo de banco de capacitores de 23 kV;

1 banco de capacitores de 23kV 3,6MVAr;

1 mdulo geral;

1 painel de transformadores;

1 painel de alimentadores;

1 painel de banco de capacitores;

1 painel de servios auxiliares;

1 painel de telecomando com remota com IHM;

1 painel de medio de alimentadores; As especificaes de todos os equipamentos da subestao so mostradas no anexo I, com suas

caractersticas fornecidas pelos seus fabricantes. Na figura 17 apresentado o Diagrama unifilar bsico da Subestao disponibilizado pela

concessionria.

Figura 17: Diagrama unifilar bsico da Subestao.

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Esse diagrama pode sofrer alteraes conforme as necessidades do projetista durante a execuo do projeto. Tambm, no anexo II so mostrados os projetos de Planta e Corte da subestao para um melhor entendimento do diagrama unifilar bsico.

4.2 Diagrama Unifilar da Subestao

No Diagrama Unifilar so indicadas as informaes bsicas da parte de potncia e proteo da subestao. A parte de potncia da subestao definida previamente no projeto eletromecnico conforme mostrado no anexo II. A proteo pr-estabelecida pelo cliente e o projetista tem a liberdade de alterar caso seja necessrio.

O Diagrama Unifilar Simplificado mostrado no anexo III e observa-se que a subestao tem uma entrada 69kV com configurao direta ligada a trs chaves, j que possui apenas um transformador e no tem nenhum barramento de entrada conforme mostra a figura 18. Essa entrada conectada ao primrio de um transformador de trs enrolamentos, que possui configurao estrela aterrada nos dois enrolamentos utilizados.

Figura 18: Diagrama Unifilar simplificado da entrada da subestao.

O setor de 23kV, que mostrado na figura 19 ligado ao secundrio do transformador de potncia e possui um mdulo de entrada, quatro mdulos de alimentadores a trs chaves, um mdulo de transferncia, um mdulo de banco de capacitores e um mdulo de servios auxiliares. A configurao dos barramentos do setor de 23kV de barramento principal e de transferncia conforme visto anteriormente no captulo 2.

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Figura 19: Diagrama Unifilar Simplificado do setor 23kV.

Depois de visto o diagrama unifilar simplificado da SE Centro Serra, ser analisado o diagrama unifilar com as protees de cada mdulo da subestao separadamente. A identificao dos mdulos leva em considerao regras da concessionria contratante e neste projeto foi elaborada da seguinte maneira: 01 Mdulo do TR1; 02 Mdulo dos TPs de barra 23Kv; 03 Mdulo do Banco de capacitores 23kV; 04 Mdulo do Alimentador 1 de 23kV; 05 Mdulo do Alimentador 2 de 23kV; 06 Mdulo do Alimentador 3 de 23kV; 07 Mdulo do Alimentador 4 de 23kV; 08 Mdulo de Transferncia de 23kV; 09 Mdulo do Transformador de Servios Auxiliares 23kV; 10 Mdulo do Transformador de Servios Auxiliares 220-127 Vca; 11 Mdulo do Transformador de Servios Auxiliares 127 Vcc; Cada concessionrio tem suas regras para criar o cdigo de identificao dos equipamentos da subestao e no projeto, eles foram identificados com o nmero do mdulo na frente e depois com letras que indicam o tipo. Os cdigos dos equipamentos so listados abaixo:

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Q0 Disjuntor principal do mdulo; Q1, Q2, Q3... Mini disjuntores do mdulo; QE Chave Seccionadora de entrada do mdulo; QD Chave Seccionadora do disjuntor do mdulo; QC Chave Seccionadora de contorno do mdulo; QT Chave de Aterramento do mdulo; CI Caixa de Interligao dos transformadores de instrumentos;

SA, SB, SC... - Chaves de teste do mdulo; FA, FB Rels Digitais do mdulo; PA Medidores do mdulo; TR1 Transformador de potncia.

4.2.1 Diagrama Unifilar do Transformador de Potncia

O diagrama unifilar do transformador mostrado no Anexo IV e a partir dele observa-se que o transformador possui um painel de proteo com dois rels de proteo SEL 487E. Os rels so responsveis pelas funes de proteo de sobrecorrente (50/51), proteo diferencial (87) e rel de bloqueio (86) e um deles responsvel pela funo de conferncia de sincronismo (25), tambm realizam as manobras das chaves seccionadoras (01QD,01QE e 01QC indicadas no Anexo IV) e atuam sobre o disjuntor 69kV. Para realizar essas funes, os rels de proteo recebem informaes do sistema pelo transformador, transformadores de potencial da linha de 69kV, dos transformadores de potencial do barramento do setor de 23kV, transformadores de corrente 69kV e 23kV.

O unifilar ainda mostra medies da linha como tenso, potncia e frequncia atravs do medidor (01PA) e mostradas no painel do transformador.

As medies feitas do transformador so dos nveis de leo do comutador (71C) e do transformador (71T), fluxo de leo do comutador (63C), fluxo de gs do transformador (63T), vlvula de segurana (33T) e regulao da sobre temperatura do estator (90/49).

4.2.2 Diagrama Unifilar dos Alimentadores 23kV

O diagrama unifilar dos alimentadores mostrado no Anexo V e observa-se que cada mdulo possui um rel de proteo SEL 451-5. Esses rels realizam as funes de proteo de sobrecorrente (50/51), falha no disjuntor (62FD), religamento CA (79) e subfrequncia (81), recebem informaes dos rels do transformador de potncia, dos transformadores de corrente de 23kV e dos transformadores de potencial do barramento 23kV, e atuam sobre o disjuntor do mdulo. Realizam ainda medies atravs dos transformadores de corrente e essas informaes so enviadas para os rels

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de proteo dos outros alimentadores e do mdulo de transferncia. Um dos enrolamentos do transformador de corrente serve para gerar as informaes ao rel e o outro usado para medies do sistema. Conforme a especificao da concessionaria existe um painel onde se encontram todos os rels dos alimentadores e do mdulo de transferncia e outro com os medidores. O Diagrama unifilar dos alimentadores que ser igual para todos os quatro alimentadores.

4.2.3 Diagrama Unifilar dos Transformadores de Potencial 23kV

Nele mostrado que as medies feitas no barramento de operao pelo transformador de potencial so enviadas aos rels do transformador de potncia, aos rels dos alimentadores e ao rel do mdulo de transferncia. Os transformadores de potencial so protegidos por chaves fusveis. No anexo VI mostrado o diagrama unifilar desse mdulo.

4.2.4 Diagrama Unifilar do mdulo Banco de Capacitores

O mdulo do banco de capacitores possui um rel de proteo SEL 451-5 que realiza as funes de proteo de sobrecorrente (50/51), Subtenso (27/59), balano de corrente (61N) e interrupo por falha de disjuntor (62FD) e atua sobre o disjuntor do mdulo. O rel recebe as informaes atravs do transformador de corrente do mdulo e do banco de capacitores e as envia para o rel do mdulo de transferncia do setor de 23kV. Um dos enrolamentos do transformador de corrente usado pelo rel de proteo e o outro est aterrado. O diagrama unifilar do mdulo do banco de capacitores apresentado no anexo VII.

4.2.5 Diagrama Unifilar do mdulo de transferncia

No mdulo de transferncia existe um rel de proteo com as funes de proteo de sobrecorrente (50/51), religamento de disjuntor (79), subfrequncia (81) e falha de disjuntor (62FD). O rel recebe informaes dos outros alimentadores e do banco de capacitores e atua sobre o disjuntor do mdulo. Um dos enrolamentos do transformador usado pelo rel e o outro usado para medies do sistema. O rel do mdulo de transferncia est localizado no painel dos alimentadores e o medidor deste mdulo est localizado no painel de medio dos alimentadores.

O diagrama unifilar do mdulo de transferncia mostrado no anexo VIII.

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4.2.6 Diagrama Unifilar do mdulo de Servios Auxiliares

O diagrama unifilar do mdulo de servios auxiliares mostra que a proteo do transformador de servios auxiliares acontece somente a partir de uma chave fusvel e, ele faz a alimentao de todos os painis da subestao. No anexo IX apresentado o diagrama unifilar do mdulo de servios auxiliares.

Em subestaes, cargas prioritrias, esquemas de controle e proteo so supridos em corrente contnua. Do transformador de servios auxiliares conectado um retificador / carregador do banco de baterias para a alimentao dos circuitos de comando, controle, alarme e proteo. Os bancos de baterias so do tipo chumbo-cidas de 125Vcc, geralmente composto por 60 baterias de 2,2V. A alimentao 127/220 Vca usada para alimentar o retificador, fazer a alimentao do ptio, prdio, alimentao das tomadas dos painis, iluminao e tomada dos comandos do transformador de potncia e disjuntores.

O diagrama unifilar das alimentaes 125Vcc e127/220Vca so apresentados nos anexos X e XI, respectivamente.

4.3 Diagrama Trifilar da Subestao

O diagrama trifilar representa o circuito de potencia da subestao com a parte de potncia de todos os equipamentos que a compe. O trifilar traz uma quantidade maior de detalhes que o diagrama unifilar.

Nos diagramas trifilares so mostrados que a entrada e sada dos circuitos nos painis da subestao acontecem atravs de bornes. Estes bornes so mostrados na figura 20, e para diminuir riscos de mau contato sero utilizados apenas dois cabos em cada um dos contatos. A nomenclatura usada para os bornes dos painis da subestao foram XT para os circuitos que chegam aos rels de proteo e XT para os circuitos de medio.

Figura 20: Borne Conector modelo OTTA-6.

Tambm, todos os circuitos de tenso e corrente passam por chaves antes de chegar aos rels do painel. Estas chaves so chamadas de chaves de teste e, quando operadas manualmente, abrem os

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contatos dos circuitos de tenso e curto-circuitam os contatos dos circuitos de corrente. Elas so usadas em situaes em que se necessite realizar algum tipo de interrupo no circuito dentro do painel, evitando o risco de abrir os circuitos de corrente ou curto-circuitar acidentalmente os circuitos de tenso. Estas chaves so indicadas pela letra S no diagrama trifilar e sero da marca Farcel. A figura 21 mostra uma chave teste.

Figura 21: Chave teste. Nos diagramas trifilares so mostrados dois tipos de transformadores de corrente, um para proteo e outro para medio e a diferena entre eles sua curva de saturao. Os transformadores de corrente para medio so projetados para produzir correntes de baixa amplitude enquanto que os de proteo conseguem produzir, com melhor fidelidade, correntes de elevadas amplitudes em seu secundrio.

4.3.1 Diagrama trifilar do Transformador de Fora

O diagrama trifilar do transformador de fora mostrado no anexo XII. Com ele mostrado que os transformadores de instrumentos (TPs e TCs) possuem uma caixa de interligao, com seus bornes so indicados pelo fabricante. Na figura abaixo mostrada a caixa de interligao (01CI1) do transformador de potencial da entrada da linha. Depois de passar pela caixa de interligao os cabos passam por chaves testes do circuito de tenso (01SA, 01SC e 01SE) antes de chegar s entradas analgicas dos rels de proteo (01FA e 01 FB) e ao medidor (01PA), que serve para medio de faturamento. Os circuitos de tenso so protegidos por mini disjuntores antes das entradas analgicas dos rels e antes do medidor.

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Figura 22: Esquema da caixa de interligao do Transformador de Potencial.

Na figura 23 mostrada a caixa de interligao dos transformadores de corrente do transformador de potncia que ser a mesma para o setor 69kV e 23kV. Observa-se que um dos enrolamentos est aterrado e o outro enrolamento est na configurao estrela aterrada. Depois de passar pela caixa de interligao os cabos passam por chaves teste do circuito de corrente (01SA e 01SD) antes de chegar s entradas analgicas dos rels de proteo (01FA e 01FB).

Figura 23: Esquema da caixa de interligao dos transformadores de corrente.

Os transformadores de corrente das buchas do primrio dos transformadores de potncia possuem quatro enrolamentos sendo que um deles aterrado. Os outros esto na configurao estrela aterrada e seus cabos passam por uma chave de teste de corrente (01SC) antes de chegar as entradas analgicas do rel de proteo (01FB). Os TCs das buchas do secundrio esto configurados da mesma maneira do primrio s que passam pela chave teste de corrente (01SB) antes de chegar ao rel de proteo (01FA). Alm disso, um dos enrolamentos dos TCs do secundrio ligado ao rel K60que

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regula a sobre temperatura no estator, realiza a superviso do nvel de leo e faz as medies de temperatura do equipamento. Este rel comanda a ventilao forada do transformador TR1.

4.3.2 Diagrama trifilar dos Transformadores de Potencial de 23kV

O diagrama trifilar mostrado no anexo XIII o diagrama dos transformadores de potencial do barramento de operao do setor de 23Kv e as informaes desse barramento so enviadas aos rels de proteo do transformador de potncia TR1 e dos alimentadores de 23kV. Depois de sair dos transformadores de potencial, os cabos passam pela caixa de interligao (02CI1) que representada na figura 24 antes de ir para os rels de proteo. Foram colocados os rels auxiliares 27AB e 27BC da Finder que acusam a abertura da chave ou a falta de fase e mandam essa informao ao rel. Como todos os circuitos de tenso, existem mini disjuntores para a proteo do sistema.

Figura 24: Caixa de interligao dos transformadores de potencial de 23kV.

4.3.3 Diagrama trifilar do mdulo banco de capacitores

No trifilar do mdulo do banco de capacitores representado no anexo XIV, os cabos dos transformadores de corrente do passam por uma caixa de interligao da mesma maneira que ocorre nos transformadores de corrente do secundrio do transformador de corrente. Depois disso, os cabos so levados at as entradas analgicas do rel de proteo SEL 451 (03FA). No transformador de corrente do banco de capacitores existe uma caixa de interligao e seus cabos tambm vo at as

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entradas analgicas do rel de proteo (03FA). O transformador de corrente do banco de capacitores ainda possuem contatos auxiliares (03QT) que aterram o banco quando necessrio. O rel recebe ainda informaes de tenso do barramento de operao atravs dos transformadores de potencial do barramento 23kV em suas entradas analgicas e existem mini disjuntores para a proteo dessas entradas.

4.3.4 Diagrama trifilar do mdulo dos alimentadores

O diagrama trifilar do mdulo dos alimentadores mostrado no anexo XV apresenta apenas um dos alimentadores, j que o diagrama dos outros trs alimentadores ser semelhante a este. Neste diagrama, os dois enrolamentos dos transformadores de corrente esto na configurao estrela aterrada, um deles envia informaes s entradas analgicas do rel SEL 451 (04FA) e o outro usado para a medio do sistema pelo medidor ACE SL700 (04PA). Os cabos dos TCs passam por uma caixa de interligao (04CI) semelhante caixa de interligao dos TCs dos transformadores de potncia, mostrados anteriormente. O rel (04FA) ainda recebe informaes vindas do rel do transformador de potncia (01FA) e envia informaes para o rel do prximo alimentador. O medidor (04PA) recebe informaes dos transformadores de potencial do barramento de operao de 23kV que tambm so enviadas aos outros alimentadores. Existem mini disjuntores para a proteo das entradas analgicas de tenso do rel de proteo e como a subestao possui um barramento de transferncia no necessria a utilizao de chaves de teste para os circuitos de proteo, apenas so usadas nos circuitos de medio.

4.3.5 Diagrama trifilar do mdulo de transferncia

O diagrama trifilar do mdulo de transferncia mostrado no anexo XVI, e nele os dois enrolamentos dos transformadores de corrente esto na configurao estrela aterrada, um deles envia informaes s entradas analgicas do rel SEL 451 (08FA) e o outro usado para a medio do sistema pelo medidor ACE SL700 (08PA). Os cabos dos TCs passam pela caixa de interligao (08CI) que semelhante caixa de interligao dos TCs dos transformadores de potncia TR1. O rel (08FA) ainda recebe informaes vindas do rel do transformador de potncia (01FA) e envia informaes para o rel dos alimentadores. O medidor (08PA) recebe informaes dos transformadores de potencial do barramento de operao de 23kV que tambm so enviadas aos outros alimentadores.

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Todas as entradas analgicas de tenso do rel de proteo so protegidas por mini disjuntores e como a subestao possui um barramento de transferncia no necessrio a utilizao de chaves de teste para os circuitos de proteo, apenas so usadas nos circuitos de medio.

4.3.6 Diagrama trifilar do mdulo de servios auxiliares

Da mesma forma do diagrama unifilar dos servios auxiliares, o transformador de servios auxiliares protegido por chaves fusvel e seus cabos de baixa so levados at o painel dos servios auxiliares. No anexo XVII apresentado o diagrama trifilar do transformador de servios auxiliares. Nos anexos XVIII e XIX so mostrados os diagramas trifilares das alimentaes 125Vcc e 220/127 Vca, respectivamente. Na alimentao 220/127Vca os cabos vindos da baixa do transformador de servios auxiliares formam um barramento que servem de alimentao para a subestao. Transformadores de corrente enviam as informaes desse barramento para o multimedidor 10PA localizado no painel dos servios auxiliares. Desse medidor feita a alimentao do comando e acionamento CDC e VF do transformador de potncia. Todas as alimentaes oriundas desse barramento possuem mini disjuntores de proteo. A alimentao 125Vcc feita a partir de um retificador 220Vca/125Vcc, 50 A da marca TECTROL e conectado a ele existe um banco de baterias de 150 Ah/10h da marca NEWPOWER. Do retificador formam-se dois barramentos, um positivo e outro negativo que far a alimentao dos comandos do TR1, mdulos alimentadores e transferncia, e alimentao dos medidores dos mdulos alimentadores e do mdulo de transferncia, alm da alimentao da Unidade de Terminal Remota (UTR) e serve de fonte auxiliar do multimedidor de corrente alternada (10PA). Todas essas alimentaes so protegidas por mini disjuntores nas sadas desse barramento.

4.4 Diagrama funcional da subestao

O diagrama funcional de uma subestao apresenta todas as lgicas dos contatos e intertravamentos eltricos dos equipamentos e, portanto so necessrios desenhos dos fabricantes desses equipamentos para a implantao do projeto. Basicamente, no diagrama funcional observam-se trs tipos de circuitos que entram e saem do painel, os de alimentao, os de controle e os de comando. Os circuitos de alimentao levam alimentao para o painel, tanto a alimentao CA quanto a alimentao CC. Os circuitos de comando so aqueles que saem do painel para agir sobre o sistema e os circuitos de controle chegam ao painel trazendo informaes do campo ou de outros painis.

4.4.1 Diagrama funcional do mdulo do transformador de potncia

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Para a realizao do estudo dos diagramas funcionais do mdulo do transformador de potncia, eles sero divididos em: diagrama funcional de distribuio de tenso auxiliar 125Vcc e 220/127 Vca, comando e proteo e de ventilao forada.

4.4.1.1 Diagrama funcional de distribuio de tenso auxiliar 125 Vcc

No esquema eltrico trifilar dos servios auxiliares 125 Vcc feita a alimentao geral do mdulo do TR1 e ela alimenta o diagrama funcional de distribuio de tenso auxiliar 125Vcc mostrado no Anexo XX. Neste funcional a alimentao chega ao borne 01XC (1+ e 2-) e a partir dele realizada a alimentao da fonte dos rels 01FA e 01FB, do medidor 01PA, alimentao de controle do TR1, alimentao do comando e motor do disjuntor 01Q0, alimentao do comando e motor das chaves seccionadoras 01QE, 01QC, 01QD e a alimentao das entradas digitais dos rels 01FA e 01FB. Todas essas alimentaes so protegidas por mini disjuntores nas suas entradas e a configurao destes disjuntores dependem das caractersticas de cada equipamento que recebe esta alimentao.

4.4.1.2 Diagrama funcional de distribuio de tenso auxiliar 220/127 Vca

No esquema eltrico trifilar dos servios auxiliares 220/127 Vca feita a alimentao geral do mdulo do TR1 e a partir dela alimentado o diagrama funcional de distribuio de tenso auxiliar 220/127Vca mostrado no Anexo XXI. Neste diagrama a alimentao levada ao transformador TR1, disjuntor 01Q, chaves seccionadoras 01QE, 01QT, 01QD, 01QC e painel do transformador TR1. No transformador TR1 a alimentao de 220 Vca para VF e CDC, no disjuntor 01Q0, chaves seccionadoras 01QE, 01QT, 01QC e 01QD e painel do transformador TR1 so alimentaes de 127 Vca para iluminao, aquecimento e tomada, sendo que cada um deles recebe a sua alimentao. As entradas dessas alimentaes dependem do desenho esquemtico do equipamento que fornecido pelo fabricante.

4.4.1.3 Diagrama funcional de comando e proteo

Depois de visto como feita a alimentao auxiliar dos equipamentos do mdulo do transformador TR1 apresentado os funcionais de comando e proteo destes equipamentos no Anexo XXII, comeando com as entradas binrias do rel SEL 487E (01FA) que sero as mesmas no rel 01FB.

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A alimentao desse diagrama vem do funcional de distribuio de tenso auxiliar 125 Vcc atravs dos bornes 01XP (positivo) e 01XN (negativo) e os bornes da entrada digital do rel so identificados como 01XE. O rel SEL 487E (01FA) possui as entradas binrias IN101 a IN107 e IN201 a IN206 e nelas, recebe as informaes so indicadas as informaes de posio e sinalizaes do disjuntor 01 Q0, posio das chaves isoladoras 01QD e 01QE do disjuntor 01Q0, protees do transformador TR1, proteo e indicao de falta de potencial do barramento de 23kV.

Na sequncia tem-se o funcional de comando e proteo do disjuntor 01Q0 baseado no esquemtico interno do disjuntor que fornecido pelo fabricante.

Da mesma forma que o diagrama das entradas digitais do rel, o diagrama do disjuntor 01Q0 tambm recebe a alimentao atravs do diagrama funcional de tenso auxiliar 125Vcc e essa alimentao chega pelos bornes 01YP (positivo) e 01YN (negativo). A partir desses bornes feita a alimentao do comando e do motor do disjuntor 01Q0.

No disjuntor 01Q0 existe a funo de intertravamento para o comando local atravs de chaves auxiliares de retardo de abertura localizadas nas chaves seccionadoras 01QD e 01QE, com a finalidade de proteger o operador durante uma manuteno.

Outro circuito deste funcional para o fechamento por telecomando e o bloqueio 86T do disjuntor e so comandadas pelas sadas OUT102 (fechamento disjuntor) e OUT 106 (bloqueio do disjuntor por 86T) dos rels 01FA e 01FB. Para o fechamento necessrio que pelo menos uma das sadas dos rels (OUT102) seja excitada e para no prejudicar os contatos dos rels so usados rels auxiliares 52FX da Finder (01KX) com trs contatos. Ainda colocado um diodo 6A/1200V (01DA) para que o rel auxiliar tenha diferena de potencial e chegue ao comando de TRIP. O fechamento do rel auxiliar 01KX ocorre depois do fechamento do rel 01Q0. O bloqueio do disjuntor por 86T ocorre quando as duas sadas OUT106 dos rels 01FA e 01FB so excitadas e tambm so usados rels auxiliares para proteo dos contados dos rels.

A abertura 1 com superviso da bobina comandado pelas sadas OUT101 dos rels 01FA e 01FB e d mesma forma que o fechamento existe um rel auxiliar com trs contatos para no prejudicar os contatos dos rels. Tambm colocado um diodo 6A/1200V (01DA) para que o rel auxiliar tenha diferena de potencial e chegue ao comando de TRIP. Alm disso, a superviso da bobina feita pela entrada digital IN207 dos rels 01FA e 01FB que acusa falha no disjuntor, caso deixe de passar corrente por ela e envia o comando de TRIP. A funo de abertura 2 com superviso da bobina ocorre da mesma forma que a de abertura 1, s que as sadas dos rels sero a OUT103 e a superviso da bobina ser realizada pela entrada digital IN208.

O funcional comando e proteo do disjuntor 01Q0 ainda realiza a funo de bloqueio 86T, que a partir das sadas dos rels 01FA e 01FB acusa a abertura do disjuntor utilizando os mesmos

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rels auxiliares de trs contatos para no prejudicar os contatos dos rels. As outras protees do disjuntor so contra a falha de disjuntor de 23kV e proteo 86T e 50MT (multiplicao dos contatos para os alimentadores), e elas so acionadas pelas sadas OUT103 e OUT105 dos rels de proteo dos alimentadores, transferncia e banco de capacitores de 23kV. Se algum deles acusar falha acontece abertura do disjuntor e os contatos dos rels so protegidos pelos mesmos rels auxiliares do comando de abertura e fechamento do disjuntor. Observa-se ainda, que chegam ao disjuntor as protees do TR1de temperatura (26 e 49) e de desligamento (63T, 63C e 20TR/CDC). As protees de desligamento chegam direto ao disjuntor enquanto que as de temperatura funcionam da mesma forma que as anteriores, com as excitaes vindas da sada OUT101 do rel K61 do transformador TR1. Por fim, existem contatos auxiliares que refletem a posio das chaves seccionadoras 01QD e 01QE para que haja um sincronismo entre elas e o disjuntor.

Da mesma forma que o diagrama das entradas digitais do rel, o diagrama funcional das chaves seccionadoras 01QE, 01QD e 01QC tambm recebe a alimentao atravs do diagrama funcional de tenso auxiliar 125Vcc que chega atravs dos bornes 01ZP (positivo) e 0ZYN (negativo). A alimentao 125 Vcc do comando e do motor das chaves direta nas chaves conforme o esquema interno das chaves fornecido pelo fabricante. No disjuntor existem contatos auxiliares S1 que espelham a posio deste disjuntor e enviam a informao para as chaves 01QE e 01QD e pela remota dado o comando para abrir ou fechar essas chaves dependendo da posio do disjuntor, atravs das sadas digitais D01 e D02 da UTR para a seccionadora 01QE e das sadas digitais D03 e D04 da UTR para a seccionadora 01QD. No diagrama funcional ainda existe a funo de intertravamento do seccionador 01QT quando ocorre ausncia de tenso na Linha de Transmisso de 69kV, que indicada pela sada OUT214 dos rels de proteo. Para a chave de contorno 01QC, a alimentao 125Vcc do comando e do motor direta atravs dos bornes 01ZP e 01ZN e os funes de abertura e fechamento dessa chave s ocorre depois de verificada a posio do disjuntor 01Q0 e das chaves seccionadoras 01QD, 01QE e 01QT. Essa verificao acontece atravs de contatos auxiliares CA no disjuntor e nestas chaves que indicam a posio dos mesmos. As funes de abertura so comandados atravs das sadas digitais D05 e D06 da Unidade de Terminal Remota (UTR). Seguindo com o diagrama funcional de comando e proteo, mostrado o esquema das ligaes externas do rel de proteo SEL487E (01FA e 01FB) e neste funcional so identificadas quais as funes das entradas e sadas digitais do rel, quais as entradas de corrente e tenso utilizadas e as alimentaes do rel. Os diagramas sero iguais tanto para o rel 01FA quanto para o rel 01FB.

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Por fim, no anexo XXIII so mostrados os esquemas internos dos equipamentos utilizados para o projeto funcional de comando e proteo do mdulo do transformador TR1.

4.4.1.4 Diagrama funcional de ventilao forada

A ventilao forada comandada pelo rel SEL 2414/2505 ligado junto ao transformador TR1, este rel especifico para controle desta funo. O rel de proteo recebe informaes do transformador TR1 em suas entradas digitais atravs de sensores de temperatura ambiente e temperatura do leo do transformador e quando ocorre algum tipo de aquecimento ele aciona a ventilao do transformador TR1. No anexo XXIV so mostrados os esquemas de ligaes do transformador TR1 fornecidas pelo fabricante e as ligaes do transformador e do rel de proteo.

4.4.2 Diagrama funcional do mdulo do banco de capacitores 23kV

Para o estudo dos diagramas funcionais do mdulo do banco de capacitores 23kV, eles sero divididos em: diagrama funcional de distribuio de tenso auxiliar 125Vcc e 220/127 Vca e comando e proteo.

4.4.2.1 Diagrama funcional de distribuio de tenso auxiliar 125 Vcc

O esquema eltrico trifilar dos servios auxiliares 125 Vcc mostra a alimentao geral dos mdulos dos alimentadores, transferncia e banco de capacitores e essa alimentao chega ao borne 03XC (1+ e 2-) do diagrama funcional de distribuio de tenso auxiliar 125Vcc mostrado no Anexo XXV. A partir dele realizada a alimentao da fonte do rel 03FA, do medidor 03PA, alimentao do comando e motor do disjuntor 03Q0, e a alimentao das entradas digitais do rel 03FA. Todas essas alimentaes so protegidas por mini disjuntores nas suas entradas e a configurao destes disjuntores dependem das caractersticas de cada equipamento que recebe esta alimentao.

4.4.2.2 Diagrama funcional de distribuio de tenso auxiliar 220/127 Vca

No esquema eltrico trifilar dos servios auxiliares 220/127 Vca realizada a alimentao geral dos mdulos dos alimentadores, transferncia e banco de capacitores e essa alimentao chega at o diagrama funcional de distribuio de tenso auxiliar 220/127Vca mostrado no Anexo XXVI.

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Neste diagrama a alimentao levada ao disjuntor 03Q0 e painel do banco de capacitores e a alimentao de 127Vca. As entradas dessas alimentaes dependem do desenho esquemtico do equipamento que fornecido pelo fabricante.

4.4.2.3 Diagrama funcional de comando e proteo

Depois de realizada a alimentao auxiliar dos equipamentos, os funcionais de comando e proteo destes equipamentos so mostrados no Anexo XXVII, comeando com as entradas binrias do rel SEL 451-5 (03FA). A alimentao das entradas binrias vem do funcional de distribuio de tenso auxiliar 125 Vcc e chega pelos bornes 03XP (positivo) e 03XN (negativo), para as entradas digitais so utilizados os bornes 03XE. O rel SEL 451-5 (03FA) possui as entradas binrias IN101 a IN107 e IN301 a IN306 que recebem as sinalizaes do disjuntor 03Q0 de posio, de falta de alimentao e de mola descarregada, informaes do banco de capacitores e informaes de posio da chave seccionadora 03QT.

Na sequncia tem-se o funcional de comando e proteo do disjuntor 03Q0 baseado no esquema interno do disjuntor fornecido pelo fabricante.

Da mesma forma que o diagrama das entradas digitais do rel, o diagrama do disjuntor 03Q0 tambm recebe a alimentao atravs do diagrama funcional de tenso auxiliar 125Vcc e essa alimentao feita atravs dos bornes 03YP (positivo) e 03YN (negativo). Desses bornes alimentado o comando e o motor do disjuntor 03Q0.

No disjuntor existe a funo de intertravamento com a chave seccionadora 03QT, que se d atravs de chaves auxiliares de retardo de abertura localizada na chave seccionadora 03QT com a finalidade de proteger o operador durante as manutenes.

Neste funcional mostrado a funo de fechamento local do disjuntor comandada pela sada OUT102 do rel 03FA. Para o fechamento necessrio que a sada dos rel (OUT102) seja excitada, e para no prejudicar os contatos do rel so usados rels auxiliares 52FX da Finder (03KX) com trs contatos. Tambm colocado um diodo 6A/1200V (03DA) para que o rel auxiliar tenha diferena de potencial e chegue ao comando de TRIP. O fechamento do rel auxiliar 03KX ocorre depois do fechamento do rel

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