AULA 6 Esquemas Elétricos Básicos das Subestações...

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAISENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA

AULA 6

Esquemas Elétricos Básicos das Subestações Elétricas

CONSIDERAÇÕES INICIAIS


Quando planejamos construir uma subestação, o aspecto de

maior importância está na escolha (e, conseqüentemente, da

definição) do chamado “esquema elétrico”.

Este, nada mais é do que um diagrama unifilar simplificado

da subestação que inclui, basicamente, os dispositivos de

chaveamento (manobras) e de proteção principais.


FATORES CONSIDERADOS NA ESCOLHA DO ESQUEMA ELÉTRICO DA SUBESTAÇÃO

Uma escolha criteriosa leva em conta vários fatores, muitos

deles inter-relacionados e nem sempre separáveis.

São eles:


Previsão para uma expansão futura da subestaçãoAmpliações

Predominantes em empreendimentos pioneiros ou de interesse público

Políticos e Sociais

Área necessária, condições climáticas e ambientais, implicações ecológicas e estéticas

Locais

Disponibilidade financeira, custos de implantação e de manutenção, custo das perdas, custos das

interrupções de serviço Econômicos

Continuidade de suprimento, requisitos operacionais e de manutenção

Técnicos

ASPECTOS RELEVANTESFATORES


FATORES TÉCNICOS

• O fornecimento ininterrupto de energia e o custo de implantaçãosão motivos para uma análise custo x benefício.

• A continuidade no fornecimento a uma determinada carga éafetada pelo número de interrupções em um determinado período, bem como a sua duração.

• A continuidade no fornecimento não depende apenas da subestação em si, mas também dos circuitos, LT’s etc. a ela conectados.


FATORES TÉCNICOS (Cont.)

Algumas questões de ordem técnica são importantes:

• Os circuitos ligados à subestação permitem desligamento paramanutenção do disjuntor respectivo na periodicidade desejada?

• No caso de uma falta em um equipamento do circuito, este pode permanecer desligado até que seja consertado ousubstituído? Em caso negativo, é possível uma interrupção momentânea para manobra de um equipamento reserva?


FATORES ECONÔMICOSCusto do Investimento (excluindo-se o custo do terreno)

Custo das Perdas

Aprox. 10%Montagens eletromecânicas

20 a 30%Obras civis, estruturas e conexões de AT

15 a 25%Sistemas de proteção, controle e medição

48 a 55%Equipamentos principais de AT

Considerável onde haja potências de transformação de valores significativos

Desprezível nas subestações de manobra, sem transformação


Custo das interrupções

FATORES ECONÔMICOS (cont.)

• Perda de produção• Deterioramento dos insumos daprodução

• Danos nos equipamentos fabris

Para consumidores industriais

• Redução de receita• Penalidades• Mau relacionamento com osconsumidores

Para concessionárias


FATORES LOCAIS

Área NecessáriaEsquema elétrico mais complexo

Necessidade de maior área

Condições Climáticas e Ambientais

Regiões com poluição

Desligamento periódico para limpeza

(ex.: fábricas de cimento)

Implicações Ecológicas / Estéticas

Zonas urbanas

Requisitos arquitetônicos / paisagísticos


FATORES POLÍTICOS E SOCIAIS

Políticos Subordinam-se aos interesses do governo

Sociais Necessidades decorrentes do crescimento demográfico associadas à economia


FATORES ASSOCIADOS ÀS AMPLIAÇÕES / EXPANSÕES DA SUBESTAÇÃO

Ampliações / Expansões Futuras

Se a expansão / ampliação não tiverem sido previstas, pelo menos deve haver

disponibilidade de área para efetivá-las.

Um bom planejamento deve permitir a evolução desde um esquema elétrico simples

até um estágio complexo, de forma satisfatória e confiável.

O conhecimento prévio das possíveis expansões / ampliações facilita a

implantação dos esquemas elétricos em todas as etapas, sem obras complexas e

sem interrupção no fornecimento de energia.


ESQUEMAS ELÉTRICOS USUAIS PARA

SUBESTAÇÕES DE ALTA TENSÃO


REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS ESQUEMAS ELÉTRICOS

• Usualmente os esquemas elétricos contemplam apenas:

� Entradas e saídas de linhas (fontes e alimentações)

� Chaves seccionadoras (manobras)

� Disjuntores (manobras e proteção)

� Barramentos (interligações)

• Existindo a transformação da tensão, os transformadores conectam

mais de um esquema elétrico nas diferentes tensões.


ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES

Permite ser ampliada para um esquema mais complexo

O uso de by pass só é admissível e vantajoso em casos particulares (específicos), onde não complique demasiado os circuitos de proteção

Permite saídas de linha em qualquer direção, sem cruzamentos (desde que as expansões / ampliações tenham sido previstas)

Requer desligamento total na barra para manutenção ou ampliação

Requer área mínima de pátio para arranjo físico

Baixa flexibilidade

Baixa confiabilidade

Boa facilidade de identificação dos circuitos

Máxima simplicidade

Baixo investimento inicial


EXEMPLO DE BARRA SIMPLES EM SUBESTAÇÕES


ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES SECCIONADA


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES

SECCIONADA

Quando ocorre uma falha, o número de consumidores atendidos que sofre com a interrupção é reduzido

Permite a distribuição a partir de duas fontes de suprimento e um bom número de saídas

Permite ampliação da barra (desde que operando apenas com a metade da subestação)

Permite manter a metade da subestação em operação por ocasião de uma falha (ou manutenção) na barra

O seccionamento aumenta área de pátio

Investimento maior em relação ao esquema elétrico com barra simples


ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR SIMPLES


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E

DISJUNTOR SIMPLES

O custo em relação ao esquema elétrico com barra simples é maior em função da maior área de pátio requerida

É uma solução vantajosa caso haja previsão de serviço em separado das barras

Se as conexões à barra não forem todas elas do mesmo lado, a área de pátio aumenta em relação ao esquema elétrico com barra simples

Permite manter toda subestação em operação durante as ampliações

Permite manter toda subestação em operação durante a manutenção da interligação

Permite manter toda subestação em operação durante a manutenção de uma barra (A) ou (B)


EXEMPLO DE BARRA DUPLA EM SUBESTAÇÕES


ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA, DISJUNTOR SIMPLES E BY PASS


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA,

DISJUNTOR SIMPLES E BY PASS

Embora esse esquema tenha sido utilizado não só no Brasil mas também no exterior, não é de todo recomendável pelas características acima mencionadas

Requer um complicado sistema de proteção e intertravamento

O custo é superior ao do esquema barra dupla com disjuntor simples (mais equipamentos, mais conexões, etc.)

O by pass permite efetuar a manutenção do disjuntor (utilizando-se o disjuntor de interligação) sem desligar o circuito de saída


ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRAS PRINCIPAL E DE TRANSFERÊNCIA


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRAS PRINCIPAL E DE

TRANSFERÊNCIA

Requer um quantitativo menor de seccionadoras em relação ao esquema anterior

Facilidade de by pass dos disjuntores

Facilidade em permitir que o disjuntor (um de cada vez) seja substituído ou dada manutenção sem desligamento da carga


ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR DUPLO


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR

DUPLO

Do ponto de vista de defeitos ou manutenção nas barras o desempenho é satisfatório pois as saídas podem ser mantidas ligadas a ambas barras, nada se perdendo ao desligar uma delas

Custo mais elevado em relação aos esquemas anteriores, uma vez que o número de disjuntores é maior (fator negativo para a escolha)

Permite a manutenção do disjuntor sem desligamento na saída respectiva

Não requer disjuntor de interligação entre barras


ESQUEMA ELÉTRICO DISJUNTOR E MEIO


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO DISJUNTOR E MEIO

Cada par de circuitos está em uma seção de barra separada e há três conjuntos de disjuntor + chaves para cada dois circuitos

Aplicável a um mínimo de 4 saídas (melhor seriam 6), podendo se planejar um esquema inicialmente em anel para posteriormente transformá-lo em disjuntor e meio nas ampliações

Os equipamentos devem suportar a corrente de carga de duas saídas (disjuntor + chaves)

Costuma dar boa confiabilidade. Tem sido muito empregado no Brasil e nos Estados Unidos para subestações de EAT

O esquema como um todo é válido somente para disjuntores com TC’s em ambos os lados. Caso seja utilizado apenas um TC por disjuntor, perde-se as vantagens do esquema, pois pode ser desligado individualmente um elemento a mais para certos tipos de defeito.

Recomendado para subestações que manipulem grandes blocos de energia, devido à alta segurança contra perda de carga

Do ponto de vista de visualização é bastante complexo, uma vez que cada disjuntor não está associado a apenas uma saída

Opera com qualquer um dos pares de circuito separados do restante do esquema


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO DISJUNTOR E MEIO (cont.)


ESQUEMA ELÉTRICO

DISJUNTOR E UM TERÇO


Pouco usado e pouco recomendável

Maior flexibilidade em relação ao esquema elétrico disjuntor e meio

Exige uma maior área de pátio

Apresenta uma maior complexidade no seu arranjo físico

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO DISJUNTOR E UM TERÇO


ESQUEMA ELÉTRICO BARRA DUPLA –4 CHAVES


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO BARRA DUPLA – 4 CHAVES

Neste esquema elétrico, apenas a barra B pode ser utilizada como barra de transferência

Os circuitos com defeito podem ser transferidos para a barra sã e restabelecidos

A ocorrência de uma falha na barra leva à perda de todos os circuitos conectados à barra sob falha

A seleção de barra pode ser feita sob carga

Cada circuito tem a capacidade de se conectar a uma ou outra barra

Mais apropriado para sistemas de suprimento altamente interconectados


ESQUEMA ELÉTRICO BARRA DUPLA –5 CHAVES


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO BARRA DUPLA – 5 CHAVES

Neste esquema elétrico, ambas as barras (A e B) podem ser utilizadas

Os circuitos com defeito podem ser transferidos para a barra sã e restabelecidos

A ocorrência de uma falha na barra leva à perda de todos os circuitos conectados à barra sob falha

A seleção de barra pode ser feita sob carga

Cada circuito tem a capacidade de se conectar a uma ou outra barra

Mais apropriado para sistemas de suprimento altamente interconectados


ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA EM ANEL SIMPLES


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA EM ANEL SIMPLES

Aplicável somente para um pequeno número de saídas pois, quando um disjuntor estiver em manutenção, a abertura do outro disjuntor não adjacente irá dividir o anel, podendo causar sérias perturbações no sistema

Assim como em qualquer circuito em anel, todos os elementos desse circuito deverão ser dimensionados para suportar a corrente total da instalação e não apenas para cada saída em particular

Requer maior área de pátio em relação ao esquema de barra simples equivalente

Cada circuito de saída permite dois caminhos de alimentação, tornando-o mais flexível

Requer o uso de apenas um disjuntor por circuito

Requer seccionador de isolamento em todas as saídas, de modo a permitir a recomposição do anel caso seja necessário deixar uma saída desligada provisoriamente


ESQUEMA ELÉTRICO ANEL MÚLTIPLO OU MODIFICADO


CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO ANEL MÚLTIPLO OU MODIFICADO

Permite arranjos mais compactos e de maior flexibilidade na disposição do equipamento em relação aos esquemas com barras principais.

Do ponto de vista operacional, sua visualização é mais complexa, estando cada disjuntor associado a duas saídas, havendo certas saídas ligadas a até 3 disjuntores

Valem as mesmas características apontadas para o anel simples quanto às saídas e o dimensionamento do anel

Melhora a confiabilidade em relação ao anel simples, porém, em alguns casos de desligamento de um disjuntor como o outro fora de serviço, pode também dividir o anel em duas partes


ARRANJO HÍBRIDO

� É a combinação de diferentes arranjos em uma subestação, seja

por superposição de dois esquemas elétricos, ou por adoção de

diferentes arranjos em circuitos individuais;

� Geralmente possui alto custo;

� A multiplicidade de procedimentos de operação e manutenção pode conduzir a uma má operação e redução da segurança;

� Normalmente não recomendado.


PROCEDIMENTOS DE REDE - ONS

• Configurações de barras para novas subestações:

� Pátio de 765, 500, 440, e 345 kV: arranjo barra dupla com disjuntor emeio;

� Pátios 230 e 138 kV: arranjo barra dupla com disjuntor simples equatro chaves.

• São permitidas variantes destas configurações, desde que:

� Possa evoluir para os padrões citados anteriormente;� Atenda aos requisitos mínimos do sistema de proteção,

supervisão/controle e de telecomunicações do módulo 2.5 doProcedimento de Rede do ONS;

� Tenha desempenho, comprovado, igual ou superior aos padrõesestabelecidos.


EXEMPLO DE UM ESQUEMA ELÉTRICO

COMPLETO

(DIAGRAMA UNIFILAR OPERACIONAL)


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