Relatório Técnico Subestação

8/11/2019 Relatrio Tcnico Subestao

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE UFRN

CENTRO DE TECNOLOGIA CT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA DEE

Disciplina: Subestao de Energia Eltrica

Docente: Marcos Antnio Dias de Almeida

Discente: Francisco Carlos Gurgel da Silva Segundo

Relatrio Tcnico Subestao da Escola de Cincias e Tecnologia UFRN

Natal/RN

Agosto/2011


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1.

Este relatrio visa descrever de forma esclarecedora a visita tcnica subestao da

Escola de Cincias e Tecnologia (EC&T). O professor Marcos Dias de Almeida nos props

essa visita para termos noo dos principais equipamentos usados em uma subestao a fim

de um melhor aproveitamento da disciplina ELE0646 Subestaes de Energia Eltrica.

A composio deste relatrio disposta de quatro itens, o qual o primeiro item faz

uma abordagem sobre o que uma subestao, sua forma de instalao e seus tipos. O

segundo item descreve toda a visita subestao da EC&T. O item seguinte descreve todos

os equipamentos encontrados na subestao. O ltimo item mostra as vistas superior,

frontal e o diagrama unifilar da subestao.


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2.

Antes de iniciarmos o relatrio sobre a visita tcnica subestao da Escola de

Cincias e Tecnologia (EC&T), vamos introduzir o conceito de subestao de energia

eltrica, os tipos de subestaes etc. Dessa forma, o leitor se sentir familiarizado ao tema e

adquirir o mximo de conhecimento no decorrer do relatrio.

Subestao um conjunto de condutores, aparelhos e equipamentos destinados a

modificar as caractersticas da energia eltrica (tenso e corrente), permitindo a sua

distribuio aos pontos de consumo em nveis adequados de utilizao. (MAMEDE, 2003)

Nos sistemas de potncia atuais, encontramos diversos tipos de subestaes, tais

como: Subestao central de transmisso que consiste na elevao da tenso gerada para

poder transmitir a potncia aos centros urbanos com uma bitola do condutor menor. A

subestao de transmisso a subestao que transmite energia eltrica de um ponto a

outro, entre dois sistemas de transmisso. Outro tipo de subestao a Seccionadora, de

manobra ou de Chaveamento que interliga circuitos de fornecimento sob mesmo nvel de

tenso, possibilitando a sua multiplicao. A subestao de distribuio tem a funo de

abaixar as tenses e transmitir energia dos circuitos de transmisso para as redes de

distribuio primrias. E Subestao do consumidor o tipo de subestao que ser descrito

no relatrio que estas alimentam os pontos finais de consumo.

O modo de instalao da subestao tambm deve ser levado em conta. Por isso,

existem trs formas de instalao de uma subestao. A subestao externa que aquela

onde os equipamentos so instalados ao tempo sujeito a intempries do meio ambiente

necessitando de um planejamento de manuteno rigoroso. A subestao interna ou

abrigada aquela onde os equipamentos so instalados dentro de uma estrutura montada

com esta finalidade, este foi o tipo de instalao usado na subestao da EC&T. E o ltimo

tipo de instalao a subestao blindada ao tempo no qual a subestao possui um

invlucro em chapa de ao que fica exposta ao tempo.


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Segundo Norma da COSERN, uma subestao de consumidor necessria quando a

potncia instalada do prdio ser superior a 75 kW. Procedendo assim, a COSERN exige que

o fornecimento de energia eltrica em mdia tenso, 13,8 kV.

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A visita tcnica subestao da Escola de Cincias e Tecnologia (EC&T) da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) iniciou-se s 7 horas do dia 18 de

Agosto de 2011. Para efeito de um melhor aproveitamento da visita, o professor e cicerone

da visita Marcos Dias dividiu a turma em dois grupos, sendo a visita do segundo grupo

prevista para as 8 horas do mesmo dia.

Conforme combinado em sala de aula, todos os alunos se encontraram na parte

externa da subestao por trs da EC&T. No incio da visita, o professor nos mostrou o

projeto civil e eltrico da subestao apontando os principais equipamentos que compem a

subestao.

De acordo com o projeto eltrico, vimos que se trata de uma subestao de

barramento simples havendo dois transformadores em paralelo. Esse o esquema de maior

simplicidade e menor custo, com confiabilidade compatvel com este tipo de suprimento.

A subestao do tipo abrigadade alvenariacom entrada dos cabos de alta tenso

subterrnea a partir do poste.No poste, podemos visualizar que a estrutura do tipo PL1-TSe nele encontramos outros elementos, como: as isolaes dos cabos, as trs chaves facas de

400 A, quatro muflas, caixa de aterramento e caixas de passagem. So quatro cabos que

adentram a subestao, ou seja, as trs fases e um condutor de reserva como pode ser

atestado na figura 1. Outro aspecto visto foi que na subestao h telas nas partes de

ventilao, que servem para proteo contra entrada de animais, seguindo as normas de

segurana, todas as telas so aterradas para evitar choques eltricos.


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Toda subestao desse porte, possuem trs mdulos: proteo, medio e

transformadores. Mas, esta subestao no possui o mdulo de medio devidaesta ser feita

na entrada da instituio, portanto, trata-se de uma unidade atpica possuindo somente os

mdulos de proteo e transformadores.

No mdulo de proteo, podemos visualizar que na entrada da subestao h chaves

seccionadoras tripolar de 400 A acionada por alavanca. Por se tratar de uma chave seca,

no podemos abri-las nem fech-las com carga, para isso, devemos primeiramente abrir o

disjuntor. Nessa subestao, o disjuntor a gs Sf6 com corrente nominal de 400 A e uma

capacidade de interrupo ou potncia de curto-circuito de 380 MVA.A propsito, a

capacidade de interrupo de um disjuntor representa o valor mximo da corrente de curto

circuito (Icc) que o fabricante do disjuntor assegura que o mesmo pode suportar sem sofrer

avarias. Se tais valores forem superados na ocorrncia de um curto circuito, o respectivo

disjuntor de proteo, ao invs de manter a integridade da instalao, poder aumentar os

danos fsicos e consequentemente as despesas com o conserto dos estragos


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ocorridos.Portanto, a capacidade de interrupo de 380 MVA compatvel com o nvel de

curto-circuito de 2062 A (trifsico).

Outros elementos de proteo encontrados na subestao foram: transformador de

potncia (TP), transformador de corrente (TC) com relao de 300/5 e o rel de

sobrecorrente do fabricante PEXTRON com funes 50/51N que o equipamento de

proteo da parte de alta tenso. Neste momento, o professor Marcos nos revelou o valor do

nvel de curto-circuito trifsico da subestao que de 2062 A.

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De acordo com o mdulo de transformadores, atestamos que se trata de uma

subestao de 1 MVA composta por 2 transformadores a leo natural de 500 kVA ligados

em paralelo. O esquema de ligao do transformador delta no lado de alta tenso e Y

aterrado no lado de baixa tenso.

O paralelamento de transformadores feito em projeto quando um trafo j est com

toda a sua capacidade a adiciona outro em paralelo ou ento, para dar melhor


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confiabilidade ao sistema, projeta-se trafos em paralelo, pois quando um apresentar

problemas, o outro pode assumir toda ou parcialmente as cargas que eram supridas pelo

trafo defeituoso. E a sua carga dividida dependendo da impedncia do transformador.

Todos os equipamentos de alta tenso da subestao possuem o seu NBI que o

Nvel Bsico de Isolao que determina a suportabilidade do equipamento em relao s

sobretenses de origem externa e NIM (Nvel de Impulso de Manobra) para as sobretenses

de origem interna. Dessa forma, todos os equipamentos da subestao visitada com NBI 95

kV significa que suportam um valor de pico de tenso impulsiva dessa magnitude.

Neste mdulo, o professor nos mostrou os transformadores e como ocorre arefrigerao dos mesmos.Esta refrigerao acontece quando o transformador aquecido, a

partir do arrefecimento, o leo circula pelo trafo fazendo esta refrigerao. Outro ponto

importante levantado pelo professor Marcos foi que a maior probabilidade de curto-circuito

acontece na bucha de entrada do transformador.

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Se o nvel de tenso da subestao estiver fora dos valores estipulados pela

concessionria, ou seja segundo a COSERN, as tenses devem estar entre 0,95 e 1,05 pu,

podemos melhorar apenas alterando os tapes do transformador que so acessados atravs de

uma tampa que fica em cima do trafo.

Aps os dois mdulos, o professor nos mostrou o quadro de baixa tenso que so

compostos por: disjuntores de baixa tenso, barramento de baixa tenso, dois CCK, quatro

TCs, sendo dois com relao de 800/5 para cada CCK, os CCK realizam as medies de

tenso, corrente, potncia no lado de baixa tenso da subestao.

No final da visita, fomos ao compartimento onde fica o grupo motor-gerador, sendoo motor da Mercedes e o gerador da STEMAC. Esse grupo possui trs TCs e so

responsveis de prover energia, em caso de interrupo da concessionria, para iluminao,

elevadores e tomada de uso geral. O grupo motor-gerador entra em funcionamento quando

um dispositivo de controle percebe a interrupo, o gerador entra lentamente assumindo as

cargas da sua competncia.

muito importante ter um grupo motor-gerador em locais onde a tarifa cobrada

do tipo verde ou azul, pois em horrio de ponta, onde o consumo de energia eltrica maiscaro, devido maior procura, pode-se usar o grupo para alimentar as cargas neste horrio a

fim reduzir os gastos com energia eltrica.


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4.

Conforme orientado pelo professor Marcos Dias eno intuito de melhor

aproveitamento do entendimento do relatrio, ser feita uma breve descrio dos

equipamentos encontrados na subestao visitada.

4.1.

Chave faca o mtodo mais simples, em que no so empregados dispositivosespeciais de acionamento. A chave de comando direto existe em grande nmero de modelos

e diversas capacidades de corrente, sendo a chave faca a mais simples.

Para uma maior segurana so utilizadas apenas para comandar equipamentos de

pequenas correntes. Ex. Motores sem carga (a vazio), circuitos de sinalizao e dispositivos

de baixa potncia. Como descrito no relatrio, a chave-faca vista no poste possui as

seguintes especificaes: chave-faca unipolar 400 A-15kV NBI 95kV.

J a chave seccionadora um dispositivo que tem por funo a manobra de abertura

ou desligamento dos condutores de uma instalao eltrica. A finalidade principal dessa

abertura a manuteno da instalao desligada.

Esse dispositivo de comando construdo de modo a ser impossvel que se ligue

(feche) por vibraes ou choques mecnicos, s podendo portanto, ser ligado ou desligado

pelos meios apropriados para tais manobras.

No caso de chave seccionadora tripolar, esta deve garantir o desligamento

simultneo das trs fases como o caso da chave da subestao visitada a qual acionada

atravs de uma alavanca. As especificaes dessa chave seccionadora so: Chave

seccionadora tripolar 400 A/15kV-NBI 95kV de comando simultneo. Na entrada de cada

transformador tambm possui uma chave com essas especificaes.


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4.2.

O disjuntor um dispositivo que, entre outros, capaz de manobrar o circuito nas

condies mais crticas de funcionamento, que so as condies de curto-circuito. Ressalte-

se que apenas o disjuntor capaz de manobrar o circuito nessas condies, sendo que,

interromper ainda atributo dos fusveis, que porm no permitem uma religao.

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De acordo com o site do fabricante, o disjuntor ABB HD4 so utilizados na

distribuio de energia para o controle e proteo de linhas, subestaes transformadoras e

de distribuio, motores, transformadores, bancos de capacitores, etc. So tambm muito

adequadas para reformas onde os materiais isolantes da instalao podem ser sensveis a

isolao dieltrica. Os seus dados tcnicos so:

Classe de tenso (kV): 12 - 40,5

Corrente nominal (A): 630 3600

Corrente nominal de abertura (kA): 16 - 5

No caso do disjuntor da subestao, este possui as seguintes especificaes:

Disjuntor SF6, 400 A, 15 kV.


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4.3.

Os rels de proteo so dispositivos compactos que so conectados ao Sistema

Eltrico de Potncia e possuem caractersticas de projeto e funcionamento interessadas na

deteco de condies anormais de operao que excedam limites tolerveis, e na

inicializao de aes corretivas que possibilitem o retorno do Sistema Eltrico de Potncia

a seu estado normal. Tais equipamentos, sejam analgicos e ou digitais, so responsveis

pela anlise das grandezas eltricas associadas rede eltrica e pela lgica necessria

tomada de deciso pelo sistema de proteo, caso algum distrbio seja encontrado.

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O rel encontrado na subestao do fabricante PEXTRON URPE 7104 que possui

4 contatos de sadas para TRIP com atuao independentes, sendo 2 para a unidade

temporizada e 2 para unidade instantnea, contatos de sadas para sinalizao de partida das

unidades instantnea e temporizada e fonte capacitiva incorporada na fonte de alimentao

auxiliar. Uma descrio detalhada do produto feita abaixo.

Rele de sobrecorrente urpe 7104 - pextron


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Urpe 7104

Multifuno de sobrecorrente com fonte capacitiva

Funes ANSI:

50 instantnea de fase

50N instantnea de neutro

51 temporizado de fase

51N temporizado de neutro

51GS temporizado de "GS"

Caractersticas Tcnicas:

- Fonte capacitiva incorporada na alimentao auxiliar

- Sobrecorrente trifsica

- Sobrecorrente de neutro + gs

- Cold-load pick-up

- Filtro de harmnicas

- Programao simples

- Curvas padro pr-ajustadas: ni - mi - ei - long - it - I2T

- Ampermetro com multiplicador

- Registro de corrente mxima

- Funes lgicas e de bloqueio

- Auto-check

- Comunicao serial rs 485 - "modbus"

4.4. ()

Transformador de Potencial (TP) um equipamento usado principalmente para

sistemas de medio de tenso eltrica, sendo capaz de reduzir a tenso do circuito para

nveis compatveis com a mxima suportvel pelos instrumentos de medio. Sua principal

aplicao na medio de tenses com valores elevados, ou seja, em seu circuito primrio


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(entrada) conectada a tenso a ser medida, sendo que no secundrio (sada) ser

reproduzida uma tenso reduzida e diretamente proporcional a do primrio. Assim, com

menor custo e maior segurana, pode-se conectar o instrumento de medio (voltmetro)no

secundrio. A razo (diviso) entre a tenso no primrio sobre a tenso apresentada no

secundrio de qualquer transformador uma constante chamada de relao de

transformao (RT). A RT determinada na fabricao do TP pela razo entre o nmero de

espiras do enrolamento primrio sobre o nmero de espiras do enrolamento secundrio,

assim conhecendo-se a RT e a tenso no circuito secundrio, tem-se o valor da tenso no

circuito primrio. Os TPs podem ser considerados especiais, pois so fabricados de forma a

apresentar uma RT com tima exatido, ou seja, uma pequena variao na tenso doprimrio causar uma variao proporcional tambm no secundrio, permitindo assim que

indicao no voltmetro apresente uma incerteza de medio muito pequena. A tenso

reduzida do circuito secundrio do TP tambm usada para alimentar, de forma igualmente

segura, os circuitos de proteo e controle de subestaes.

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4.5. ()

O transformador de corrente (TC) um dispositivo que reproduz no seu circuito

secundrio, a corrente que circula em um enrolamento primrio com sua posio vetorial

substancialmente mantida, em uma proporo definida, conhecida e adequada. Os

transformadores de corrente, tambm chamados de transformadores de instrumentos,

utilizados em aplicaes de alta tenso (situaes essas onde circulam, frequentemente,

altas correntes), fornecem correntes suficientemente reduzidas e isoladas do circuito

primrio de forma a possibilitar o seu uso por equipamentos de medio, controle e

proteo.

As relaes mais utilizadas no mercado so de xx/5A e xx/1A, ou seja, a corrente do

primrio amostrada e tem como sada no secundrio 5A ou 1A. Por exemplo: 1000/5A

Uma corrente no primrio de 0 a 1000A amostrada e no secundrio teremos 0 a 5A. Esta

aplicao largamente utilizada em circuitos de medio, onde seria economicamente

invivel medir utilizando equipamentos para altas correntes.

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4.6.

Transformador um dispositivo destinado a transmitir energia eltrica ou

potnciaeltrica de um circuito outro, transformando tenses, correntes e ou de modificar

os valores das Impedncia eltrica de um circuito eltrico. Trata-se de um dispositivo de

corrente alternada que opera baseado nos princpios eletromagnticos da Lei de Faraday e

da Lei de Lenz.

H uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito, mas todos

operam sobre o mesmo princpio de induo eletromagntica. Outra caracterstica

importante do transformador a isolao dos circuitos. O transformador da subestao do

fabricante WEG e esto ligados em paralelo. O paralelismo desses transformadores como j

foi citado acima, se faz necessrio em duas situaes principais: Quando necessrio

aumentar a carga de determinada instalao sem modificao profunda no leiaute da

mesma; E quando, ao prevermos pane em um dos transformadores, quisermos continuar

operando o sistema, mesmo carga reduzida.

A diviso da carga do transformador est intimamente ligado a sua

impedncia.Segundo o manual da WEG, pode-se calcular a potncia fornecida

individualmente, pelos transformadores de um grupo em paralelo, atravs da seguinte

frmula:

Onde:


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PF1...n = potncia fornecida carga pelo transformador [kVA]

PN1...n = potncia nominal do transformador [kVA]

EM = tenso mdia de curto-circuito [%]

E1...n = tenso de curto-circuito do transformador 1 ... n [%]

Pc = potncia solicitada pela carga [kVA]

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4.7.

um medidor de energia multifuno que permite o monitoramento do consumo,

qualidade e perturbaes que venham a ocorrer.

A unidade CCK 4500 um instrumento de medio para montagem em fundo de

painel que dispe de funes implementadas atravs da utilizao de um microprocessador.


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J com memria de massa incorporada, a unidade CCK 4500 um multimedidor

com caractersticas de analisador que substitui diversos equipamentos de medio (V, A,

W, VAr, PF, f, etc.), capaz de medir e calcular todos os parmetros eltricos de um sistema

trifsico com 3 ou 4 fios, fornecendo parmetros processados como Wh, VArh, potncias

mdias e distoro harmnica total (D).

4..

Os motores a diesel so mquinas alternativas, de combusto interna, destinadas aosuprimento de energia mecnica ou fora motriz de acionamento. Em funo dos

consumidores de energia eltrica a que se destinam, os grupos geradores so construdos

com caractersticas especiais que os tornam apropriados para diversas aplicaes. So

muitos os fatores a serem considerados antes da aquisio do equipamento adequado. Os

fornecedores de grupos geradores tendem a padronizar os seus produtos, evitando os

fornecimentos especiais sob encomenda, o que na prtica invivel, pois h situaes em

que alguns requisitos do ambiente e dos consumidores no podem deixar deser atendidos.

Para o dimensionamento do grupo gerador de emergncia, necessrio conhecer,

alm dapotncia ativa (kW), tambm a potncia aparente (KVA) ou o fator de

potncia(cosj) e o fator de simultaneidade.

No caso da subestao visitada, o grupo motor-gerador foi adquirido da empresa

STEMAC Grupos Geradores. Os dados de placa do grupo mostram que trata-se de um

motor da Mercedes, modelo 0M447-LA507. O gerador Cramaco e seu modelo G2R. O

grupo gera em tenso 220, 380 e 440 Vdependendo do esquema de ligao e possui umfator de potncia de 0,8 e uma rotao de 1800 rpm.

O gerador trifsico tipo G2R sem escovas (brushless) est formado pela mquina

principal, no qual se inclui o bobinado auxiliar, uma excitatriz de corrente alternada

trifsico com retificadores giratrios e um regulador de tenso esttico.


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5.

Atendendo a propo

com projeto de subesta

vistas frontal e superior da

ta do professor Marcos Dias e com o intuit

s. Abaixo mostrado o diagrama unifilar

subestao da Escola de Cincias e Tecnolog

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&

de familiarizarmos

da subestao e as

ia da UFRN.


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6.

Nesta visita tcnica podemos visualizar os principais equipamentos que compe

uma subestao de energia eltrica e o seu esquema de funcionamento. Um fator importante

nessa visita foi que junto subestao existe um grupo motor-gerador que supre as cargas

em momento de falta energia eltrica por parte da concessionria.

Com certeza, essa visita nos ajudar bastante no decorrer da disciplina e poder

encontrar na prtica os conhecimentos adquiridos em sala de aula nos garante que os

assuntos vistos realmente ajudaro na vida profissional.


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7.

[1] Projeto de subestao da CEHOP (Companhia Estadual de Habitao e Obras Pblicas).

[2] Memorial Descritivo de Subestao. Lince Engenharia LTDA. Engenheiro Projetista:Rogrio Rocha Souza

[3] Caractersticas e Especificaes de Transformadores de Distribuio e Fora. EmpresaWEG

[4] Grupos Geradores. Princpios de funcionamento, Instalao, Operao e Manuteno deGrupos Geradores

[5] Manual de Instrues para uso e Manuteno Srie do Gerador Sncrono G2R160/200/250/280/315/400. Quatro plos sem escovas.

[6] CCK 4300. Medidor de energia Multifuno.

[7] JNIOR, F. G. F. Estudo do Consumo e Qualidade da Energia Eltrica no campusUniversitrio Central da UFRN. Agosto, 2003.

[8] Apostila Subestaes: Tipos, Equipamentos e Proteo. Centro Federal de EducaoTecnolgica Celso Suckow da Fonseca. 1999

Sites Visitados

[9]http://www.pextron.com.br/paginas/informacoestecnicas/duvidas/protecaoeletrica/protecaoeletrica.html

[10]http://www.solostocks.com.br/venda-produtos/eletricidade-equipamentos-eletricos/protecao-eletrica/rele-de-sobrecorrente-urpe-7104-pextron-797016

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