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  • Escola Superior de Tecnologia de Tomar

    Miguel ngelo Semedo Folgado

    Subestaes de Trao e Postos de Catenria-

    Engenharia

    Relatrio de Estgio na REFER EPE

    Orientado por:

    Professor Doutor Mrio Helder Rodrigues Gomes

    IPT

    Engenheiro Jos Manuel Sargento Campanio

    REFER EPE Jri

    Presidente Professor Doutor Paulo Manuel Machado Coelho-IPT

    Arguente Professor Doutor Carlos Alberto Farinha Ferreira-IPT

    Orientador Professor Doutor Mrio Helder Rodrigues Gomes-IPT

    Relatrio de Estgio

    apresentado ao Instituto Politcnico de Tomar para cumprimento dos requisitos

    necessrios obteno do grau de Mestre em Controlo e Electrnica Industrial

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    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial i

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    DEDICATRIA

    Aos meus pais, Antnio e Lucilia, aos quais devo a ddiva da

    vida, e em grande parte aquilo que hoje sou.

    minha esposa Maria Madalena, pelo estmulo manifestado,

    nos momentos mais difceis.

    minha filha Maria Margarida qual no pude dispensar

    toda a ateno, amor e carinho que lhe era merecido.

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    RESUMO

    O presente relatrio faz parte integrante do estgio curricular do Mestrado em Controlo e

    Electrnica industrial efetuado na REFER EPE, que teve como objetivo a descrio dos

    conhecimentos bsicos de energia de trao, e dos trabalhos realizados dentro do mesmo

    tema. Neste documento so abordados diversos temas, como a caraterizao tcnica dos

    sistemas de trao, nomeadamente os como sistemas de alimentao de trao eltrica e a

    sua explorao, subestaes de tenso alternada e subestaes de tenso contnua e ainda

    postos de catenria, bem como a descrio da aparelhagem dos mesmos. Dento do tema de

    subestao de corrente alternada so abordadas as protees prprias dos transformadores,

    os curto-circuitos entre duas subestaes, e a metodologia de clculo de protees de

    distncia No tema das subestaes de corrente-contnua, abordada a metodologia de

    clculo de curto-circuitos na catenria (lado DC), e o respetivo estudo do dispositivo de

    proteo o detetor de defeito de linha e o teste associado, o ensaio de linha que permite ou

    no a reposio de tenso na catenria. Dentro deste trabalho ainda abordado o tema do

    circuito de retorno da corrente de trao, terras e protees. Esto ainda descritos dois

    acompanhamentos de trabalhos efetuados no terreno, nomeadamente um ensaio de rels de

    proteo e religao automtica de disjuntor e uma montagem de uma caixa de comando

    eltrico de um seccionador. Por ultimo, neste trabalho apresentado um estudo tcnico-

    econmico com vista melhoria da eficincia energtica na iluminao exterior das

    subestaes de trao com o objetivo da reduo de consumos explorando uma tecnologia

    inovadora pouco divulgada e bastante promissora no mercado da iluminao, o LEP. Este

    estgio teve para alm dos objetivos mencionados anteriormente a integrao no mundo do

    trabalho.

    Palavras-chave: Sistemas eltricos de trao, Subestao de trao, Bifsica,

    DDL,CO2,LEP.

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    ABSTRACT

    This report is a result of the trainee program at REFER EPE as part of the curricula for

    Master in Control and Industrial Electronics, and it is aimed at describing traction power

    systems, and the activities developed within the same area of expertise. In this report

    several aspects are covered, such as the technical characterization of traction systems,

    including electric power feeding systems and their operation, AC voltage and DC voltage

    substations and sectioning posts, as well as the description of electrical apparatus. For AC

    traction substations the issues addressed are: transformer electrical protections, short

    circuits between different substations and electrical distance protection methodologies. For

    DC traction substations are addressed: overhead contact line short circuit calculation and

    protection devices for line fault detection and line test, which will determine whether

    catenary can be reenergized after a short circuit. In this report are also addressed the

    traction current return system, earthing and bonding. During the trainee program several

    field tests and maintenance activities were attended. A detailed description of two types of

    activities is included in this report: tests for electrical relay and circuit-breaker automatic

    reconnection; installation of a disconnector electric operation mechanism. Finally a

    technical and economic study was developed aiming at energy efficiency of outdoor

    lighting in traction substations with the objective of reducing electric consumption by

    using LEP (Light Emitting Plasma). This technology is innovative and promising in the

    lighting market but it is not yet well known. Besides the objectives mentioned earlier, this

    trainee program had also as objective the integration into the working environment

    Keywords:. Electric traction systems, Traction Substation, Double-phase, DDL, CO2, LEP.

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    AGRADECIMENTOS

    Dra Rita Valentim do Capital Humano da REFER EPE e ao Engenheiro Srgio Pissarra

    dos Santos da Catenria e Energia de Trao, que me deram a oportunidade de realizar este

    estgio, que em muito contribuiu para o meu crescimento acadmico e profissional.

    Ao meu Orientador Cientfico Professor Doutor Mrio Gomes, do Instituto Politcnico de

    Tomar, o meu obrigado pela sua disponibilidade e apoio prestado ao longo deste estgio,

    pelas sugestes e indicaes nas tomadas de deciso bem como as correes e o

    fornecimento de informao fundamental na elaborao deste relatrio. Acima de tudo,

    obrigado por continuar a acompanhar-me nesta jornada tal como na anterior e por

    estimular o meu interesse pelo conhecimento pelos sistemas eltricos de potncia.

    Quero agradecer de forma muito especial ao meu Orientador da REFER EPE, Engenheiro

    Jos Campanio, pelo plano de estgio cujos temas que tanto me interessaram e

    entusiasmaram. O seu conhecimento, domnio e competncia nas reas do meu estgio

    ajudaram-me imenso. Agradeo, acima de tudo, todo o apoio que me prestou, a sua total

    disponibilidade, acolhimento e empenho na orientao do meu estgio, bem como a

    bibliografia e os documentos fundamentais que me disponibilizou para a elaborao deste

    trabalho.

    Ao Engenheiro Marco Santos e ao Engenheiro Filipe Peixinho, pela disponibilidade

    sempre demonstrada, pela abertura e troca de ideias e as conversas sobre energia de trao

    e pela colaborao e esclarecimento de algumas dvidas em alguns pontos deste relatrio,

    nomeadamente em Matlab.

    Ao Especialista de Energia de Trao Nelson Sousa e ao Especialista de Energia de Trao

    Pedro Almeida, com quem passei algum tempo no acompanhamento de trabalhos em

    subestaes e postos de catenria, pelos esclarecimentos dos procedimentos efetuados nos

    trabalhos.

    Ao Engenheiro Jorge Graa por me ter proporcionado o acompanhamento de trabalhos de

    catenria, e algum auxlio em Autocad. Ao Especialista de Catenria Joaquim Pina pela

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    x Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    sua elevada disponibilidade no acompanhamento e esclarecimento nos trabalhos de

    catenria que assisti.

    A todos os colaboradores da REFER EPE que de alguma forma contriburam para a

    realizao, sucesso, e aprendizagem neste estgio.

    A todos os docentes do MCEI, em geral, com quem tive o prazer de conviver e trabalhar,

    fazendo votos para que os laos de amizade perdurem ao longo do tempo.

    No posso deixar tambm de agradecer ao Professor Jos Filipe Correia Fernandes do IPT,

    cujos temas abordados na disciplina de mquinas eltricas bastante me ajudaram nas

    matrias estudadas neste estgio.

    Agradeo aos meus amigos e colegas do IPT, nomeadamente ao Alexandre Pimenta, pela

    troca de ideias e Roberta Oliveira pelos momentos de descontrao e boa disposio que

    ambos me proporcionaram durante todo o curso e nomeadamente neste estgio.

    A minha Famlia, pela inspirao, apoio e motivao, especialmente aos meus pais

    Antnio e Lucilia e minha esposa Maria, pela preocupao com o meu trabalho e que de

    maneiras diferentes contriburam em tudo para o sucesso deste trabalho.

    A Todos um Muito Obrigado!

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    NDICE

    DEDICATRIA ................................................................................................................... iii

    RESUMO .............................................................................................................................. v

    ABSTRACT ........................................................................................................................ vii

    AGRADECIMENTOS ......................................................................................................... ix

    NDICE ................................................................................................................................. xi

    Lista de Abreviaturas ........................................................................................................... xv

    Glossrio ............................................................................................................................. xvi

    NDICE DE FIGURAS ....................................................................................................... xx

    NDICE DE TABELAS ................................................................................................... xxiv

    1 Introduo....................................................................................................................... 1

    1.1 mbito tcnico e objetivos ..................................................................................... 2

    1.2 Acompanhamento de trabalhos ............................................................................... 2

    1.3 Desenvolvimento de trabalhos ................................................................................ 2

    2 Caracterizao Tcnica dos Sistemas de Trao ............................................................ 5

    2.1 Sistemas de Alimentao para Trao Eltrica ....................................................... 5

    2.1.1 Sistema de alimentao 1500 V DC ................................................................ 6

    2.1.2 Sistema de alimentao a 25 kV/50Hz AC .................................................... 9

    2.1.3 Sistema com alimentao bifsica ................................................................. 10

    2.1.4 Sistema de alimentao trifsica ou em V ................................................. 11

    2.1.5 Sistema de alimentao 2 25 kV/50Hz ....................................................... 12

    2.1.6 Desfasamentos e diferenas de potencial entre setores de catenria ............. 14

    2.1.7 Explorao da rede de trao ......................................................................... 18

    2.2 Subestaes de tenso alternada ........................................................................... 20

    2.2.1 Esquemas unifilares de subestaes .............................................................. 20

    2.2.2 Mdulo GIS ................................................................................................... 25

    2.2.3 Protees, aparelhagem de corte e seccionamento e medidas ....................... 26

    2.2.3.1 Seccionadores ............................................................................................ 27

    2.2.3.2 Disjuntores e interruptores ......................................................................... 28

    2.2.3.3 Transformador de corrente ou intensidade ................................................ 29

    2.2.3.4 Transformadores de tenso ........................................................................ 33

    2.2.3.5 Tipos de protees ..................................................................................... 37

    2.2.3.6 Protees prprias dos transformadores .................................................... 45

    2.2.4 Encravamentos............................................................................................... 50

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    xii Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    2.2.4.1 Tipos de encravamentos ............................................................................ 51

    2.2.4.2 Exemplo de condicionamento de encravamentos ...................................... 54

    2.2.5 Modos de explorao de subestaes de tenso alternada ............................ 55

    2.2.5.1 Ligao Bifsica ........................................................................................ 55

    2.2.5.2 Ligao trifsica em V ........................................................................... 56

    2.3 Subestaes de corrente-contnua .......................................................................... 57

    2.3.1 Caracterizao ............................................................................................... 57

    2.3.2 Esquema unifilar e caracterizao da topologia e funcionamento ................ 61

    2.3.3 Protees tipo em Subestaes de Trao DC .............................................. 65

    2.3.3.1 Proteo de corrente alternada das Subestaes de Trao DC ................ 66

    2.3.3.2 Proteo de corrente contnua das Subestaes de Trao DC ................. 66

    2.3.3.3 Clculo de correntes de curto-circuito SST DC ..................................... 72

    2.4 Postos de catenria ................................................................................................. 74

    2.4.1 Caracterizao ............................................................................................... 74

    2.4.2 Tipos de postos de catenria .......................................................................... 75

    2.4.3 Aparelhagem dos Postos de Catenria .......................................................... 82

    2.4.3.1 Aparelhagem interior ................................................................................. 82

    2.4.3.2 Aparelhagem exterior ................................................................................ 84

    2.5 Circuito de Retorno da Corrente de Trao, Terras e Protees ........................... 88

    2.5.1 Conceo geral .............................................................................................. 88

    2.5.2 Ligaes e montagens tipo ............................................................................ 88

    2.5.3 Sistemas de retorno existentes na REFER EPE ............................................ 89

    2.5.3.1 Sistema Standard ....................................................................................... 89

    2.5.3.2 Sistema com condutor de retorno .............................................................. 90

    2.5.3.3 Sistema Autotransformador ....................................................................... 91

    2.5.4 Ligaes transversais LTI e LEAE ............................................................... 93

    3 Acompanhamento de trabalhos ..................................................................................... 96

    3.1 Ensaio de rels de proteo e religao automtica de disjuntor .......................... 96

    3.1.1 Introduo ...................................................................................................... 96

    3.1.2 Descrio e enquadramento do trabalho ....................................................... 96

    3.2 Montagem de caixa de comando eltrico de seccionador ................................... 105

    3.2.1 Introduo .................................................................................................... 105

    3.2.2 Descrio do trabalho .................................................................................. 105

    4 Estudo tcnico-econmico da iluminao exterior das subestaes de trao ........... 109

    4.1 Introduo ............................................................................................................ 109

    4.2 Definies ............................................................................................................ 109

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    4.2.1 Luminotecnia ............................................................................................... 109

    4.2.2 Fluxo Luminoso ........................................................................................... 110

    4.2.3 Intensidade luminosa ................................................................................... 110

    4.2.4 Iluminncia .................................................................................................. 112

    4.2.5 Luminncia .................................................................................................. 114

    4.2.6 Rendimento luminoso de uma fonte de luz ................................................. 115

    4.2.7 Temperatura da cor ...................................................................................... 116

    4.2.8 Reproduo da cor ....................................................................................... 117

    4.2.9 Tempo de vida das lmpadas ....................................................................... 118

    4.2.10 Tipos de lmpadas iluminao .................................................................... 119

    4.2.10.1 Tecnologia Light Emitting plasma ....................................................... 121

    4.2.10.2 Princpio de funcionamento da tecnologia LEP ................................... 121

    4.2.10.3 Constituintes do sistema de iluminao LiFi ....................................... 123

    4.3 Caso de estudo de substituio de uma soluo HPS existente por tecnologia LEP e luminria eficiente ....................................................................................................... 125

    4.3.1 Caratersticas das tecnologias de estudo ...................................................... 125

    4.3.2 Cenrios de iluminao em estudo .............................................................. 127

    4.3.3 Fundamentos de avaliao econmico-financeira ....................................... 130

    4.3.3.1 Valor lquido atual do cash-flow .............................................................. 130

    4.3.3.2 Perodo de Recuperao do Investimento ................................................ 132

    4.3.4 Avaliao econmico financeira ................................................................. 132

    4.3.4.1 Cenrio 1 .................................................................................................. 132

    4.3.4.2 Cenrio 2 .................................................................................................. 134

    4.3.4.3 Cenrio 3 .................................................................................................. 135

    4.3.4.4 Discusso dos cenrios econmicos ........................................................ 136

    4.3.4.5 Discusso tcnica luminotcnica ............................................................. 138

    4.3.4.6 Reduo das emisses de dixido de carbono ......................................... 142

    4.3.5 Concluses gerais sobre o estudo de iluminao da tecnologia LEP .......... 143

    5 Concluses ................................................................................................................. 145

    Bibliografia ........................................................................................................................ 149

    Anexos ............................................................................................................................... 155

    Anexo 1-Modelao matemtica da retificao ................................................................ 157

    Anexo 2-Clculo de Correntes de Curto Circuito SST-DC ............................................... 159

    Anexo 3-Esquemas unifilares de acompanhamento de trabalhos ..................................... 161

    Anexo 4-Avaliao tcnico econmica luminotcnica ..................................................... 177

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    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial xv

    Lista de Abreviaturas

    AC Alternate current (corrente alternada)

    AIS Air Insulated Switchgear (subestao com

    Isolamento a Ar)

    ANSI American National Standards Institute

    BT Baixa tenso

    CCO Centro de comando operacional

    CEI Comisso Eletrotcnica Internacional

    CEM Compatibilidade Eletromagntica

    CDTA Condutor de Terra Areo

    CDTE Condutor de Terra enterrado

    DC Direct Current (Corrente contnua)

    EN Norma Europeia (European Norm)

    f Frequncia [Hz]

    GIS Gas Insulated Switchgear (Subestao isolada a gs)

    HPS High Pressure Sodium (Lmpadas de vapor de sdio de alta

    presso)

    IPT Instituto Politcnico de Tomar

    LDMOS Laterally-diffused Metal Oxide Silicon

    LEAE Ligao transversal entre cabo(s) de terra enterrado(s) (CDTE)

    e cabo(s) de terra areos (CDTA) de ambas ou mais vias (quando

    existentes)

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    xvi Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    LEP Light Emitting Plasma

    LiFi Light fidelity

    LTI Ligao transversal entre cabo(s) de terra enterrado(s) (CDTE) e

    Cabo(s ) de terra areos CDTA e os carris

    PCU Protection and control unit (unidade de controlo e proteo)

    PRT Posto Regional de Telecomando

    REFER EPE Rede Ferroviria Nacional

    SICAFE Simulador de cargas ferrovirias

    SST Subestao de trao

    TI Transformador de intensidade

    TSA Transformador dos servios auxiliares

    TT Transformador de tenso

    URT Unidade remota de telecomando

    V Tenso em [V]

    Glossrio

    Catenria Linha area instalada sobre a via-frrea com o objetivo de

    fornecer energia eltrica aos comboios. Geralmente

    constituda por um fio de contacto, um cabo suporte,

    pndulos e todo um conjunto de estruturas de suporte.

    Cash flow um termo que se refere quantidade de dinheiro que

    recebido e pago por um negcio durante um determinado

    perodo.

    Circuito de retorno Caminho de regresso da corrente eltrica subestao.

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial xvii

    Comboios Consumidores mveis de energia eltrica.

    Consignao de Instalao Conjunto de operaes que consiste em isolar (por corte ou

    seccionamento), bloquear, verificar a ausncia de tenso,

    estabelecer ligaes terra, e em curto-circuito proteger

    contra peas em tenso adjacentes delimitando um elemento

    de rede (ou uma instalao) previamente identificada e

    retirada da sua explorao normal. Esta operao destinaa

    garantir condies de segurana necessrias realizao de

    trabalhos fora de tenso nesse elemento de rede (ou nessa

    instalao)

    Curto-circuito o aumento sbito da corrente elctrica quando a

    impedncia se reduz de forma abrupta devido a um defeito no

    circuito.

    Feeder Cabo areo de alimentao eltrica que se estende

    paralelamente catenria e que se destina a facilitar a

    explorao da mesma.

    Setor de catenria um troo de catenria compreendida entre uma subestao

    e uma zona neutra ou entre uma subestao e o fim de linha

    eletrificada.

    Sobrecorrente direccional uma sobrecorrente que medida por um rel direccional

    (sensvel ao sentido do fluxo de potncia) que compara

    ngulo de fase relativo entre duas grandezas eltricas, esta

    comparao comumente utilizada para determinar a direo

    da corrente em relao a uma tenso, que serve como

    referncia.

    Subestao de trao Ponto de alimentao e distribuio de energia eltrica

    catenria. Transformao do nvel de tenso de forma a poder

    ser utilizado pelos comboios.

    Tenso de ripple a componente de corrente alternada que se sobrepe ao

    valor mdio da tenso de uma fonte de corrente contnua,

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    xviii Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    cuja origem da ondulao (ripple) est associado ao uso de

    retificadores

    Viso escotpica a viso produzida pelo olho em condies de baixa

    luminosidade. No olho humano, os cones no funcionam em

    condies de baixa luminosidade (noturna), o que determina

    que a viso escotpica seja produzida exclusivamente pelos

    bastonetes, o que impossibilita a perceo das cores.

    Viso fotpica a designao dada sensibilidade do olho em condies de

    intensidade luminosa que permitam a distino das cores. Na

    generalidade, corresponde viso diurna. No olho humano, a

    viso fotpica faz-se principalmente pela ativao dos cones

    que se encontram na retina.

    Viso mespica a designao dada combinao da viso fotpica e da

    viso escotpica, que ocorre em situaes de luminosidade

    baixa, mas no to baixa que elimine de todo a componente

    fotpica da viso.

    Watchdog uma funo que pode ser encontrada na maioria dos

    microcontroladores. Sendo constitudo por um oscilador e por

    um contador binrio de N bits. Quando o contador alcana o

    seu valor mximo, a sada do contador ativada e dado um

    sinal de reset ao microcontrolador. No caso de um rel de

    proteo o watchdog uma funo que supervisiona as

    entradas e as sadas durante um ciclo de scan. No caso do rel

    de proteo de uma subestao se falhar a leitura das entradas

    e sadas, o mesmo emitir uma ordem de abertura do

    disjuntor.

    Zona verde Zona ao longo da via onde no necessrio instalar LEAEs

    para prevenir a existncia de tenses de passo e de contato

    para alm dos limites.

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial xix

    Zona vermelha Zona ao longo da via onde tm de ser instaladas LTIs e

    LEAEs para prevenir a existncia de tenses de passo e de

    contato para alm dos limites.

    Zona neutra Pequena extenso de catenria no alimentada eletricamente.

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    xx Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    NDICE DE FIGURAS

    Figura 2-1 Representao esquemtica do sistema eltrico de alimentao [3] ................... 5 Figura 2-2-Sistemas de alimentao para trao eltrica ferroviria em Portugal, adaptado de [4] ..................................................................................................................................... 6 Figura 2-3- Esquema eltrico de uma SST em corrente-contnua com retificao AC-DC . 7 Figura 2-4 Diagrama vetorial das tenses compostas nos transformadores com ligao Dd0 (a) e Dy11(b) , (c) diagrama das tenses compostas do secundrio aplicadas a cada um dos retificadores- adaptado de [7] ................................................................................................ 8 Figura 2-5 Formas de onda simples no secundrio das ligaes Dd0 e Dy11 e respetivas retificaes a 6 pulsos, e aplicao do paralelo dos 2 grupos (retificao a 12 pulsos) (Anexo 1) ............................................................................................................................... 8 Figura 2-6 Esquema eltrico de princpio de alimentao da rede de trao em DC a partir de duas subestaes em paralelo [4] ..................................................................................... 9 Figura 2-7- Esquema eltrico de princpio de alimentao da rede de trao em AC 125 kV adaptado de [4] .............................................................................................................. 10 Figura 2-8-Esquema eltrico de princpio de uma subestao bifsica 25kV/50 Hz AC, adaptado de [1] .................................................................................................................... 11 Figura 2-9 Esquema eltrico de princpio de uma subestao trifsica .............................. 12 Figura 2-10 Esquema de ligaes do autotransformador [8] .............................................. 13 Figura 2-11 Esquema do sistema de alimentao 225 kV [8] ........................................... 14 Figura 2-12 Esquema de desfasamentos de tenses entre duas SST com zona neutra. ...... 15 Figura 2-13 Desfasamentos de 180 entre duas SST, adaptado de [9] ................................ 16 Figura 2-14 Desfasamento entre SST de Abrantes e SST de Rdo, adaptado de [9] ........ 16 Figura 2-15 Fluxo de Potncia para o caso de defeito na SST Abrantes, adaptado de [9] . 17 Figura 2-16 Defeito observado na SST de Rdo, adaptado de [9] .................................... 18 Figura 2-17 Diagrama de carga da potncia ativa mxima em kW em dias uteis para a SST do Entroncamento, obtido pela central de telecontagem da REFER .................................. 19 Figura 2-18- Deslastre das Cargas SST- Litm, SST V. F. Xira ......................................... 20 Figura 2-19 Circuito unifilar do painel de entrada da linha de alimentao da SST(continua na Figura 2-20) .................................................................................................................... 21 Figura 2-20 Circuito unifilar do painel de entrada da linha de alimentao da SST (continua na Figura 2-21) .................................................................................................... 21 Figura 2-21 Circuito unifilar da SST (continua na Figura 2-22) ......................................... 23 Figura 2-22 Mdulo GIS (continuao do esquema da Figura 2-23) ................................. 24 Figura 2-23-Circuito unifilar SST, referente ao troo final de alimentao das cargas (continuao do esquema da Figura 2-22) .......................................................................... 24 Figura 2-24 Configurao de uma subestao monobloco- subestao de trao (parque 25kV)[7] .............................................................................................................................. 26 Figura 2-25 Vista area da SST da Fatela-Linha da Beira Baixa. ....................................... 26 Figura 2-26 Seccionador bipolar de duas posies ( esquerda), smbolo eltrico (cor azul direita) ................................................................................................................................. 27 Figura 2-27- Disjuntor de alta tenso ( esquerda), direita smbolo eltrico a) disjuntor b) interruptor ............................................................................................................................ 28 Figura 2-28 Funcionamento do disjuntor de acordo com o dispositivo de proteo, disjuntor ligado (esquerda); disjuntor abre aps instruo da proteo (direita) [7] ........ 29

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    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial xxi

    Figura 2-29 Tipos de transformadores de corrente [14] ...................................................... 30 Figura 2-30 Diagrama de ligaes de um transformador de tenso indutivo [7] ................ 33 Figura 2-31 Diagrama de um transformador de medida de tenso capacitivo [7] .............. 34 Figura 2-32 Medida eletro-ptica de tenso [14] ................................................................ 35 Figura 2-33 Esquema unifilar de princpio da proteo de distncia .................................. 39 Figura 2-34 Esquema unifilar da rede de trao eltrica de via nica, adaptado de [16] .... 40 Figura 2-35 Diagrama das impedncias vistas pelo rel de distncia da SST de Rdo Rsec e Xsec. ................................................................................................................................... 44 Figura 2-36 Esquema de princpio de funcionamento da proteo de cuba ........................ 46 Figura 2-37 Esquema de proteo Buchholz ....................................................................... 46 Figura 2-38 Princpio de funcionamento do rel Buchholz: A) -Estado de repouso, B)- Passagem de gs pelo rel ou fuga de leo e deslocamento do flutuador b1, disparo de alarme, C)- Ordem de atuao do disjuntor para proteo do transformador ..................... 47 Figura 2-39 Protees prprias do transformador ............................................................... 48 Figura 2-40 Termmetros de temperatura do transformador .............................................. 48 Figura 2-41 Princpio de funcionamento da proteo de imagem trmica. ......................... 50 Figura 2-42 Sintico telecomando com visualizao de encravamentos. ........................... 52 Figura 2-43 Encravamento mecnico Tipo A- Seccionador de terra e de linha ( esquerda), pormenor do encravamento mecnico do seccionador de terra e de linha (direita) ............ 52 Figura 2-44 Encravamento mecnico Tipo B- Aps a abertura do disjuntor (esquerda), libertada a chave SL2 A2, manobrar o seccionador (direita) .............................................. 53 Figura 2-45 Encravamento mecnico Tipo C ...................................................................... 53 Figura 2-46 Caixa de comando com encravamento mecnico Tipo D (esquerda), pormenor do encravamento (direita) .................................................................................................... 54 Figura 2-47 Exemplo de condicionamento do seccionador SEL1 ...................................... 55 Figura 2-48 Subestao trifsica com ligao em V [1] .................................................. 56 Figura 2-49 Configurao da SST de Carcavelos ............................................................... 57 Figura 2-50 Quadro AC-SST de Carcavelos ....................................................................... 58 Figura 2-51 Transformadores da SST de Carcavelos .......................................................... 58 Figura 2-52 Quadro eltrico de mdia tenso e servios auxiliares da SST de Carcavelos 59 Figura 2-53 Quadro de retificadores e distribuio de corrente-contnua da SST de Cascais ............................................................................................................................................. 60 Figura 2-54 Armrio de isolamento da SST de Cascais ...................................................... 60 Figura 2-55 - Circuito unifilar da alimentao, corte geral e medida da SST ..................... 61 Figura 2-56 Circuito unifilar das celas de alta tenso 10 kV AC da SST DC ....................... 62 Figura 2-57 Circuito unifilar dos transformadores de servios auxiliares........................... 63 Figura 2-58 Circuito unifilar do grupo transformador retificador ....................................... 64 Figura 2-59 Circuito unifilar das celas de baixa (1500V DC) e sadas para a catenria ..... 65 Figura 2-60 Principio de proteo di/dt [24] ....................................................................... 67 Figura 2-61 Principio de funcionamento da proteo I [24] ............................................. 68 Figura 2-62 Correntes de arranque de unidades de trao AC e DC e correntes de curto-circuito [27] ......................................................................................................................... 70 Figura 2-63 Diagrama caraterstico da proteo DDL, adaptado de [24] ........................... 71 Figura 2-64 Esquema de teste/ensaio de linha EDL,baseado em [25] ................................ 72 Figura 2-65 Modelo de explorao normal A) de uma circulao entre duas SSTDC B) Curto-Circuito franco Catenria-carril entre duas SSTDC B) .............................................. 73 Figura 2-66 Correntes de curto-circuito em sistema de alimentao DC ............................ 74 Figura 2-67 Posto de de subseccionamento ......................................................................... 75

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    Figura 2-68 Posto de subseccionamento e paralelo ............................................................ 76 Figura 2-69 Posto de seccionamento e paralelo .................................................................. 77 Figura 2-70 Posto de ramal ................................................................................................. 78 Figura 2-71 Posto de barramento ........................................................................................ 78 Figura 2-72 Posto de Barramento de Nine .......................................................................... 79 Figura 2-73 Posto auxiliar ................................................................................................... 79 Figura 2-74 Esquema unifilar de Posto Autotransformador ............................................... 80 Figura 2-75 Posto de Autotransformador de Alcains .......................................................... 81 Figura 2-76 Posto de autotransformador de Alcains (continuao) .................................... 82 Figura 2-77 Quadro de entrada da alimentao eltrica de posto de catenria ................... 83 Figura 2-78 Telefone seletivo de posto de catenria ........................................................... 83 Figura 2-79 Armrio de telecomando ................................................................................. 84 Figura 2-80 Interruptor usado em posto de catenria (esquerda), caixa de comando do interruptor IB1 (direita) ....................................................................................................... 84 Figura 2-81 Seccionador de duas posies (fechado/Aberto) em posio FECHADO ( esquerda) e em posio ABERTO ( direita): (1) contacto do terminal mvel; (2) contacto do terminal fixo[7] ................................................................................................ 85 Figura 2-82 Transformador de corrente .............................................................................. 86 Figura 2-83 Fusvel de Mdia tenso de proteo do transformador .................................. 87 Figura 2-84 Retorno da corrente de trao no sistema standard ......................................... 90 Figura 2-85 Esquema de funcionamento do sistema RT ..................................................... 91 Figura 2-86 Transporte de energia a 50 kV e alimentao da locomotiva de trao a 25 kV ............................................................................................................................................. 92 Figura 2-87 Esquema de funcionamento da distribuio de corrente no sistema autotransformador adaptado de [31] ................................................................................... 92 Figura 2-88 Desenho de LTI para via dupla, princpio do sistema autotransformador ...... 93 Figura 2-89 Desenho de ligao LEAE, via dupla, dois CDTE e sistema autotransformador ............................................................................................................................................. 94 Figura 2-90 Representao esquemtica da infraestrutura catenria .................................. 95 Figura 3-1 Mala de ensaios da REFER ............................................................................... 97 Figura 3-2 Condies do rel de proteo religador (KVTR 102), da SST de Irivo, para existir religao automtica ................................................................................................. 99 Figura 3-3 Caixa de comando do disjuntor (esquerda) da SST de Irivo e representao dos mecanismos de manobra (Direita) ..................................................................................... 100 Figura 3-4 Procedimentos com aparelhagem de medida em testes de protees .............. 103 Figura 3-5 Teste de protees e religao (esquerda), painel de comando e sinalizao da SST de Irivo( direita e em cima) , pormenor do disjuntor D1 e sinalizaes( direita e em baixo) ................................................................................................................................. 104 Figura 3-6 Posto de catenria de Canha ............................................................................ 106 Figura 3-7 Caixa de comando do seccionador telecomandado ......................................... 106 Figura 3-8 Esquema de ligaes da caixa de comando do seccionador ............................ 107 Figura 3-9 Aparelhagem exterior do posto de catenria de canha (esquerda), seccionador ( direita e em cima), caixa de comando montada ( direita e em baixo) ............................. 108 Figura 4-1 ngulo slido .................................................................................................. 111 Figura 4-2 Intensidade luminosa de uma fonte de luz em funo do seu ngulo slido. .. 111 Figura 4-3 Medio da iluminncia atravs de um luxmetro [36] ................................... 112 Figura 4-4 Iluminncia ...................................................................................................... 113 Figura 4-5 Lei do inverso dos quadrados .......................................................................... 114

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    Figura 4-6 Luminncia ...................................................................................................... 115 Figura 4-7 Grfico da eficincia energtica de algumas fontes luminosas [38] ................ 116 Figura 4-8 Temperatura da cor [36] .................................................................................. 117 Figura 4-9 Espetro visvel de diversas fontes de luz [39].................................................. 118 Figura 4-10 Solues comercialmente disponveis ........................................................... 119 Figura 4-11 Tecnologia por detrs do LEP [45] ................................................................ 121 Figura 4-12 Constituio de um LEP [47] ........................................................................ 122 Figura 4-13 Funcionamento da tecnologia LEP [46] ........................................................ 123 Figura 4-14 Constituio do sistema LiFi, pormenor do ressonador cermico e o bolbo de quartzo (esquerda), sistema completo (direita) [46]. ......................................................... 124 Figura 4-15 Configurao do sistema LiFi, adaptado [50],[51] ........................................ 124 Figura 4-16 Comparao da eficincia da aplicao: HPS vesus LEP [46] ...................... 126 Figura 4-17 Histograma das horas dirias de iluminao artificial e curva de distribuio normal ................................................................................................................................ 128 Figura 4-18 Distribuio desagregada dos Horrios de Alta tenso em ciclo dirio e ciclo normal ................................................................................................................................ 129 Figura 4-19 Valor atual lquido (anual) entre investir na tecnologia LEP, em detrimento da tecnologia de HPS (cenrio 1). .......................................................................................... 134 Figura 4-20 Valor atual lquido (anual) entre investir na tecnologia LEP, em detrimento da tecnologia de HPS (cenrio 2). .......................................................................................... 135 Figura 4-21 Valor atual lquido (anual) entre investir na tecnologia LEP, em detrimento da tecnologia de HPS (cenrio 3). .......................................................................................... 136 Figura 4-22 Distribuio desagregada dos custos marginais de Alta tenso para o ciclo dirio e ciclo normal .......................................................................................................... 137 Figura 4-23 Luminria Wave GR 400AP da Alphalite [57] ............................................. 139 Figura 4-24 Simulao da iluminncia de um parque de estacionamento de 25x20m [57] ........................................................................................................................................... 140 Figura 4-25 Visualizao da iluminncia e distribuio espectral da lmpada de alto vapor de sdio( em cima), visualizao da iluminncia e distribuio espectral da lmpada LEP (em baixo) [46] .................................................................................................................. 141 Figura 4-26 Repartio por tecnologia comercializada pela EDP Servio Universal [59] 143

    Figura A3- 1 Esquema unifilar SST Irivo, Folha A .......................................................... 163 Figura A3- 2 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 1 ........................................................... 164 Figura A3- 3 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 2 ........................................................... 165 Figura A3- 4 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 3 ........................................................... 166 Figura A3- 5 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 10 ......................................................... 167 Figura A3- 6 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 14 ......................................................... 168 Figura A3- 7 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 18 ......................................................... 169 Figura A3- 8 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 29 ......................................................... 170 Figura A3- 9 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 30 ......................................................... 171 Figura A3- 10 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 32 ....................................................... 172 Figura A3- 11 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 48 ....................................................... 173 Figura A3- 12 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 51 ....................................................... 174 Figura A3- 13 Esquema unifilar SST Irivo, Folha 58 ....................................................... 175

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    NDICE DE TABELAS

    Tabela 2-1 Classes de preciso dos TI [10] ......................................................................... 32 Tabela 2-2 Protees trifsicas das SST DC ....................................................................... 66 Tabela 2-3 Funes de proteo 1500 VDC ......................................................................... 66 Tabela 2-4 Distncias entre ligaes transversais ............................................................... 95 Tabela 4-1 Sinais de controlo do sistema LiFi [51] .......................................................... 125 Tabela 4-2 Caratersticas das tecnologias em estudo ........................................................ 126 Tabela 4-3 Intervalo de 50% do somatrio das horas ....................................................... 129 Tabela 4-4 Dados em avaliao para o cenrio 1 .............................................................. 133

    Tabela A4 1 Estatsticas das horas de luz artificial ano 2013 ........................................... 177 Tabela A4 2 Estatsticas das horas observadas nos ciclos semanal normal e dirio ......... 178 Tabela A4 3 Simulao dos Cenrios 1, 2 e 3 ................................................................... 179 Tabela A4 4 Clculo da desagregao tarifria para ciclo semanal de 1 kWh, e custo associado para ms de janeiro de 2013 ............................................................................. 180 Tabela A4 5 Clculo das receitas marginais entre o ciclo semanal normal e ciclo dirio 181 Tabela A4 6 Estatsticas para os ciclos semanal e dirio da receita marginal-(custo de energia) .............................................................................................................................. 182 Tabela A4 7 Especificaes tcnicas da Luminria WAVE- Luminria para reas / estacionamentos ................................................................................................................ 182 Tabela A4 8 Clculo de emisses especficas de dixido de carbono [59],[60] ............... 183

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    1 Introduo

    A REFER EPE (Rede Ferroviria Nacional) a empresa responsvel, em Portugal, pela

    prestao de servio pblico de gesto da infraestrutura integrante da rede ferroviria

    nacional, desenvolvendo as suas atividades de acordo com princpios de modernizao e

    eficcia, de modo a assegurar o fornecimento contnuo de servio de um modo competitivo

    e seguro respeitando o meio ambiente. Atualmente, com acrscimo do trnsito ferrovirio,

    necessrio adequar as novas tecnologias e prepar-las para o futuro de novas realidades,

    tornando-se necessrio a existncia de novos modos de explorao e manuteno da

    infraestrutura ferroviria de modo a que se garanta a comodidade e a continuidade do

    servio do material circulante propulsionado atravs da energia eltrica.

    Uma rede de trao ferroviria um sistema nico, tanto no ponto de vista do uso como da

    configurao dos sistemas eltricos relativos rede de trao.

    Os modos de explorao e manuteno de instalaes de subestaes de trao e postos de

    catenria so conduzidos para que exista um bom funcionamento, diminuindo as

    ocorrncias e aumentando o ciclo de vida de todo o equipamento constituinte deste tipo de

    instalaes.

    O estgio curricular na Rede Ferroviria Nacional, REFER EPE, efetuado na Direo de

    Engenharia da Infraestrutura -Catenria e Energia de Trao, teve como principal objetivo

    abordar alguns dos temas inerentes s atividades desenvolvidas por este rgo.

    O incio do estgio curricular coincidiu com uma formao de 35 horas de energia de

    trao para tcnicos, tendo servido de base para o estgio.

    Por motivos de reorganizao da empresa, este estgio curricular teve a sua concluso na

    empresa REFER Engineering SA (empresa pertencente ao Grupo REFER), que uma

    empresa especializada em consultoria e engenharia dos transportes focada em todos os

    segmentos e especialidades do setor ferrovirio ligeiro e pesado.

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    1.1 mbito tcnico e objetivos

    Com base no enquadramento e motivao apresentados pela Engenharia da Infraestrutura,

    definiram-se os objetivos especficos para orientar o desenvolvimento particular deste

    estgio, que foram os seguintes:

    Sistemas de Alimentao para Trao Eltrica

    Subestaes de Tenso Alternada

    Subestaes de Tenso Contnua

    Postos de catenria

    Circuito de Retorno de Corrente de Trao, Terras e Protees

    Procedimentos de consignao de linhas de chegada das subestaes

    1.2 Acompanhamento de trabalhos

    Ao longo do estgio acompanhei a equipa tcnica da REFER em diversos trabalhos,

    especialmente nos seguintes:

    Ensaios de rels de proteo

    Modificao e ensaio de instalaes eltricas

    Medio de caractersticas dos leos isolantes dos transformadores de potncia

    Trabalhos de Manuteno Preventiva Sistemtica

    Consignao de linhas de chegada s subestaes

    1.3 Desenvolvimento de trabalhos

    Para alm das atividades referidas nos pontos anteriores, foi-me proposto para desenvolver

    um estudo tcnico-econmico com vista melhoria da eficincia energtica/racionalizao

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    da iluminao das subestaes de trao. Este estudo visa a reduo de consumos e dos

    custos associados de energia eltrica nas subestaes de trao.

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    2 Caracterizao Tcnica dos Sistemas de Trao

    O sistema eltrico (a montante do sistema de trao ferrovirio) composto pelos

    subsistemas de produo de energia, transporte e distribuio de energia at subestao

    de trao [1]. A subestao de trao deve ser projetada de forma a que esteja

    compatibilizada com a rede a montante (rede pblica de transporte ou distribuio) com

    vista a fornecer a alimentao eltrica infraestrutura ferroviria, assegurando o

    cumprimento dos padres de qualidade de fornecimento de energia (tenso e frequncia),

    conforme a norma EN 50163-Railway applications-Supply voltages of traction systems

    [2]. O sistema eltrico de trao constitudo pelo sistema de alimentao (subestao de

    trao), catenria, sistema de retorno da corrente e o material circulante. A Figura 2-1

    ilustra a constituio e interligao entre estes dois sistemas atravs de uma representao

    esquemtica.

    Figura 2-1 Representao esquemtica do sistema eltrico de alimentao [3]

    2.1 Sistemas de Alimentao para Trao Eltrica

    Em Portugal os sistemas eltricos de trao so divididos em sistemas de corrente contnua

    e de corrente alternada, conforme representado na Figura 2-2.

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    Figura 2-2-Sistemas de alimentao para trao eltrica ferroviria em Portugal, adaptado de [4]

    A Figura 2-2 ilustra a representao esquemtica dos sistemas eltricos de trao, que

    sero alvo de estudos no mbito deste estgio que sero apresentados nas seces 2.1.1 a

    2.1.5 deste relatrio.

    2.1.1 Sistema de alimentao 1500 V DC

    O sistema de alimentao a 1500 V DC, foi o primeiro sistema de alimentao eltrica que

    surgiu em Portugal em 15 de Agosto de 1926, implementado na linha de Cascais, com a

    extenso de 26 km onde se encontram atualmente em servio 6 subestaes de trao [4] .

    Este sistema de alimentao surgiu devido ao facto do controlo dos motores de corrente

    contnua ser mais simples, bem como no incio do sculo XX, a eletrnica de potncia ser

    ainda rudimentar e de grandes dimenses em termos de peso e volume para tenses

    elevadas [4]. As subestaes de corrente contnua so alimentadas a partir da rede pblica,

    normalmente em mdia tenso AC. Este tipo de sistema dispe de grupos de transformao

    trifsico e retificao para converter a tenso de alimentao AC em DC. A retificao

    feita atravs de dodos, por ser a soluo mais econmica. Esta soluo permite apenas o

    fluxo de corrente no sentido da carga. A subestao de trao alimentada na sua entrada

    por duas linhas trifsicas a 10 kV, sendo as entradas ligadas a um barramento transversal

    de mdia tenso [5]. Os dois grupos transformador/retificador convertem e adaptam a

    tenso alternada em contnua com um nvel de 1500V DC.

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    A retificao feita atravs de um retificador dodecafsico, conseguida atravs do paralelo

    de dois grupos transformador/retificador em ponte trifsica. Um dos transformadores tem

    um grupo de ligaes tringulo-estrela (Dy11) e outro tringulo-tringulo (Dd0), conforme

    a Figura 2-3. Cada transformador aplica ao respetivo retificador um conjunto de tenses

    trifsicas compostas de 1250 V.

    D1U0

    U4

    U8

    U0

    U4

    U8

    D3 D5

    D4 D6 D2

    MD1

    U0

    U4

    U8

    D3 D5

    D4 D6 D2

    U0

    U4

    U8

    M

    +1500 Vcc

    Catenria

    Transformador 1Ligao Dd0

    Transformador 2Ligao Dy11

    -1500 Vcc

    Figura 2-3- Esquema eltrico de uma SST em corrente-contnua com retificao AC-DC

    A Figura 2-3, mostra os dois grupos transformador/retificador, em que a sequncia de

    conduo para cada par de dodos (D1-D2), (D2-D3), (D3-D4), (D4-D5), (D5,D6) e (D6-

    D1). O par de dodos que tiver aos seus terminais a maior tenso instantnea, de fase a fase

    entrar em modo de conduo [6].

    Os dois conjuntos de tenses compostas encontram-se desfasadas entre si de 30 conforme

    se representa na Figura 2-4. Como os dois conversores esto colocados em paralelo

    possvel ter uma retificao de 12 pulsos, obtendo-se uma retificao mais lisa (menor

    ripple)

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    8 Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    U8-U0

    U4-U8

    U0-U4

    U8-U0

    U4-U8

    U0-U4

    U8-U0 U0-U4

    U0

    U8

    U4

    Transformador 1

    U4-U8

    U8-U0

    U4-U8

    U0-U4

    U8-U0

    U0-U4

    U0-U4

    U8-U0U4-U8

    U4-U8

    Desfasamento - Tenses compostasno secundrio

    Transformador 1 e Transformador 2

    (a) (b) (c)

    Transformador 2

    30

    Primrio

    Secundrio

    Primrio

    Secundrio

    Figura 2-4 Diagrama vetorial das tenses compostas nos transformadores com ligao Dd0 (a) e Dy11(b) , (c) diagrama das tenses compostas do secundrio aplicadas a cada um dos retificadores-

    adaptado de [7]

    A Figura 2-5 ilustra as formas de onda e a respetiva retificao da tenso para um perodo

    de 20ms, para cada grupo transformador/retificador a operar isoladamente (6 pulsos).

    Pode-se observar ainda na Figura 2-5 o resultado do paralelo dos dois grupos retificadores

    onde se obtm a retificao a 12 pulsos, resultante do desfasamento de 30.

    Figura 2-5 Formas de onda simples no secundrio das ligaes Dd0 e Dy11 e respetivas retificaes a 6 pulsos, e aplicao do paralelo dos 2 grupos (retificao a 12 pulsos) (Anexo 1)

    0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02-2000

    -1000

    0

    1000

    2000

    Tempo (s)

    Am

    plitu

    de(V

    )

    Ligao Dd0-Transformador 1

    0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020

    500

    1000

    1500

    2000

    Tempo (s)

    Am

    plitu

    de (

    V)

    Ligao Dd0-Retificao 6 Pulsos

    0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02-2000

    -1000

    0

    1000

    2000

    Tempo (s)

    Am

    plitu

    de (

    V)

    Ligao Dy11-Transformador 2

    0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020

    500

    1000

    1500

    2000

    Tempo (s)

    Am

    plitu

    de (

    V)

    Ligao Dy11-Retificao 6 pulsos

    0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02-2000

    -1000

    0

    1000

    2000

    Tempo (s)

    Am

    plitu

    de (

    V)

    Sinais de Dd0 e Dy11 a aplicar aos retificadores

    0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020

    500

    1000

    1500

    2000

    Tempo (s)

    Am

    plitu

    de (

    V)

    Retificao 12 Pulsos

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial 9

    Existem seis subestaes de corrente-contnua que esto ligadas eletricamente entre si

    atravs da catenria funcionando em paralelo, conforme se pode constatar na Figura 2-6.

    Nesta situao no necessrio uma zona neutra, como acontece para os sistemas em

    corrente alternada apresentados mais frente. A ligao das subestaes em paralelo

    permite alimentar a carga em modo bialimentado, isto , pelas subestaes ligadas rede

    de trao.

    Figura 2-6 Esquema eltrico de princpio de alimentao da rede de trao em DC a partir de duas subestaes em paralelo [4]

    2.1.2 Sistema de alimentao a 25 kV/50Hz AC

    O sistema de alimentao a 25 kV monofsico o mais usado nos sistemas eltricos de

    trao da Rede Ferroviria Nacional, cuja designao convencional 1 25 kV. Neste

    sistema, o primrio do transformador monofsico de potncia ligado a duas fases (tenso

    composta) da rede de alimentao, apresentando o secundrio uma tenso simples aos seus

    terminais de 25 kV. Um dos terminais secundrio ligado terra e ao sistema de retorno

    da corrente de trao (carril), o outro catenria como se mostra na Figura 2-7.

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    10 Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    Energia de TraoEnergia de Trao

    Carril + Sistema de Retorno

    T1- (Subestaes de Trao AC)

    Zona NeutraZN

    Fase A

    Fase B

    Prxima SSTZN

    Figura 2-7- Esquema eltrico de princpio de alimentao da rede de trao em AC 125 kV adaptado de [4]

    2.1.3 Sistema com alimentao bifsica

    Atualmente nos sistemas de alimentao AC, o esquema de montagem que mais se utiliza

    o esquema de ligao bifsica, conforme Figura 2-8. Neste tipo de montagem existem

    normalmente dois transformadores de potncia alimentados pelas mesmas duas fases,

    funcionando um em carga e o outro fica de reserva.

    Neste tipo de ligao no necessrio a existncia de uma zona neutra junto SST para a

    separao de fases. Poder no entanto existir uma zona neutra para facilitar a explorao da

    rede ou permitir a utilizao dos dois transformadores de potncia em simultneo, quando

    os encravamentos o permitirem.

    Para transformar a corrente eltrica trifsica numa tenso simples de 25 kV, recorre-se

    transformao bifsica.

    A montagem bifsica a que introduz maiores desequilbrios nas redes de alimentao

    trifsicas do distribuidor de energia. No sentido de minimizar esse inconveniente, no

    estdio de projeto escolhem-se as fases cujo impacto mnimo na relao do desequilbrio

    da rede versus cargas eltricas ferrovirias.

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial 11

    Este desequilbrio minimizado atravs da alternncia de fases entre subestaes, ou seja

    uma subestao A utiliza as fases 0 e 4, a subestao B utiliza as fases 0 e 8, a

    subestao C utiliza as fases 4 e 8 e assim sucessivamente. Esta alternncia exige o

    estabelecimento de zonas neutras na catenria, entre subestaes, para evitar o curto-

    circuito entre fases diferentes. A disposio e as combinaes de seccionamento permitem

    minimizar o problema dos desequilbrios das cargas.

    Energia de Trao

    ZN

    ZN

    0

    8 4

    0

    4

    REN (MAT)EDP (AT)

    CATENRIA

    CIRCUITO DE RETORNO

    T1 T2 (RESERVA)

    25 kV

    Figura 2-8-Esquema eltrico de princpio de uma subestao bifsica 25kV/50 Hz AC, adaptado de [1]

    Em Portugal existem duas excees a este tipo de ligao bifsica: a SST da Amadora

    (possui 3 transformadores de potncia), e a SST de Peges (que recebe 3 fases de

    alimentao mas s utiliza duas). A terceira fase poder ser utilizada no futuro caso haja

    necessidade de um aumento de potncia instalada.

    2.1.4 Sistema de alimentao trifsica ou em V

    Neste sistema de alimentao as cargas so alimentadas a uma tenso 1 25 kV, embora

    nesta tipologia de ligao existam trs transformadores de potncia em que dois funcionam

    em ligao V, e o terceiro funciona como reserva que pode substituir qualquer um dos

    dois. A Figura 2-9 ilustra a configurao com configurao em V. Nesta configurao a

    SST alimentada atravs de linhas de alimentao com 3 fases (linhas trifsicas).

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    12 Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    ZN ZN

    Energia de TraoEnergia de Trao

    ZN ZN

    T1 T3(Reserva) T2

    0

    4

    8

    0

    8 425 kV/ 50 Hz AC

    REN (MAT)EDP (AT)

    CATENRIA

    CIRCUITODE RETORNO

    25 kV

    Figura 2-9 Esquema eltrico de princpio de uma subestao trifsica

    Nesta tipologia de ligao cada transformador alimenta um setor de catenria e pode

    funcionar independentemente do outro estar ou no ao servio. Na ligao em V

    obrigatria uma zona neutra entre cada setor. A Figura 2-9 ilustra que o desfasamento entre

    tenses secundrias de 60, equivalente a uma diferena de potencial de 25 kV entre elas.

    Na Rede Ferroviria Nacional, existem cinco SST com a configurao em V: Travagem,

    Salreu, Alfarelos, Entroncamento e Vila Franca de Xira.

    2.1.5 Sistema de alimentao 2 25 kV/50Hz

    O sistema de alimentao 225 kV, surgiu em Portugal em 1996 na eletrificao da linha

    da Beira Alta. Esta soluo inovadora foi encontrada pelos tcnicos de energia de trao

    devido escassez de pontos de alimentao. Esta soluo permitiu ainda um maior

    espaamento entre subestaes e a reduo das perdas eltricas na rede de trao dado que

    a alimentao se efetua a 50 kV [4].

    Foram construdas trs subestaes de trao ligadas rede nacional de transporte (RNT)

    a 220 kV, para alimentar os 200 km da linha da Beira Alta [8]. Este sistema tem

    componentes adicionais em relao ao sistema de alimentao 125 kV. Este sistema pode

    ser apresentado como, possuindo nas subestaes de trao, transformadores de potncia

    com ponto mdio no enrolamento secundrio, com uma tenso secundria de 50 kV, cujos

    terminais so ligados um catenria e outro ao feeder, sendo o ponto mdio do

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial 13

    enrolamento secundrio do transformador ligado ao carril, de modo a permitir a utilizao

    do material motor habitualmente usado ao nvel de tenso dos 25 kV.

    Ao longo da linha instalado o condutor denominado por feeder negativo (que apresenta

    uma diferena de potencial de -25 kV em relao terra e de 50 kV em relao catenria)

    cuja funo se relaciona com a alimentao dos autotransformadores.

    Cada autotransformador constitudo por dois enrolamentos com nmero de espiras

    idntico. A funo dos autotransformadores distribuir a corrente de trao pela catenria

    e feeder de forma a diminuir as quedas de tenso ao longo da linha e permitir a reduo da

    corrente de retorno pelo carril.

    Os autotransformadores, normalmente instalados a 10 km de distncia entre si, tm como

    funo efetuar a ligao eltrica entre a catenria, o feeder negativo e o sistema de

    retorno/terra. Na Figura 2-10 apresenta-se um esquema simplificado das ligaes do

    autotransformador.

    Figura 2-10 Esquema de ligaes do autotransformador [8]

    Quando o autotransformador est em vazio as correntes de catenria e de feeder, so muito

    pequenas (corrente de magnetizao) e tm sentidos de forma a que os fluxos gerados

    pelos dois enrolamentos se somem. Neste caso a corrente que circula entre o ponto mdio

    do enrolamento e o carril teoricamente nula.

    Quando a carga (comboio absorvendo energia da catenria) se encontra entre dois

    autotransformadores, a alimentao feita atravs do troo da catenria a montante e a

    jusante devido ao efeito dos autotransformadores. A corrente eltrica de trao que circula

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    14 Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    atravs dos dois autotransformadores retorna subestao atravs do feeder. Assim a

    corrente que circula nos carris e no solo mnima como se verifica na Figura 2-11.

    -25 kV

    25 kV

    i

    i

    i i

    i

    i Catenria

    Carril + Sistema

    de Retorno

    Subestao de

    Traco

    Rede de

    Alimentao

    Feeder

    Auto-transformador Auto-transformador

    i

    Figura 2-11 Esquema do sistema de alimentao 225 kV [8]

    Nesta situao de carga provocado um desequilbrio do sistema. A tenso de catenria

    junto ao autotransformador tem tendncia a baixar, no entanto o conjunto dos dois

    enrolamentos do autotransformador abraam um circuito magntico comum o que faz com

    que a corrente se distribua equilibradamente pelo feeder e pela catenria logo que esta

    encontra um autotransformador. Como a corrente est distribuda por estes dois

    condutores, catenria e feeder, a queda de tenso menos acentuada.

    Em concluso, este sistema permite o transporte de maior quantidade de energia com

    menores quedas de tenso, o que possibilita uma maior distncia entre subestaes de

    trao. O sistema 225 kV apresenta ainda a vantagem de ter uma impedncia equivalente

    menor quando comparada com o sistema 125 kV. No entanto tem a desvantagem de ser

    um sistema de alimentao mais dispendioso, em mdia, em 25% que o sistema 125 kV.

    Este facto deve-se a esta soluo dispor de mais equipamentos, com aparelhos de

    corte/seccionamento bipolares, e por isso apresenta tambm custos de manuteno

    superiores [8].

    2.1.6 Desfasamentos e diferenas de potencial entre setores de catenria

    No sistema de alimentao de 25 kV, uma subestao alimenta um conjunto de setores de

    catenria. Estes setores esto eletricamente separados dos outros setores alimentados por

    outras subestaes para impedir a circulao de correntes paralelas na rede de distribuio

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial 15

    de alta tenso, sendo esta separao feita pela zona neutra. Em caso de avaria de uma

    subestao possvel alimentar a catenria da subestao adjacente atravs de um by-pass

    realizado pelo disjuntor longitudinal, localizado no posto de catenria de zona neutra

    (Figura 2-12).

    Diferena de potencial entre SST1SST2=55kV

    SST1 SST2

    U0-U4

    U4-U0 -(U4-U0)

    (U0-U4)-(U4-U0)

    U0

    U8 U4

    U8-U0

    U4-U8

    U4-U0

    U0

    U8 U4

    U8-U0

    U4-U8

    U0-U4

    Figura 2-12 Esquema de desfasamentos de tenses entre duas SST com zona neutra.

    O conhecimento das diferenas de potencial entre duas SST revela-se importante para o

    dimensionamento do disjuntor do posto de catenria, bem como todos os isoladores para

    garantir a distncia de guarda de ar necessria para que no haja disrupo eltrica entre os

    dois setores de catenria. Um dos casos mais desfavorveis quando temos duas SST com

    as tenses em oposio de fase, o que origina uma tenso eficaz de 55 kV e de pico at

    77,8 kV entre os dois setores de catenria, conforme Figura 2-13. Segundo a norma EN

    50163, a tenso mxima admissvel permanente num s setor de 27,5 kV e a tenso no

    permanente mxima admissvel de 29 kV.

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    16 Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02-80

    -60

    -40

    -20

    0

    20

    40

    60

    80

    U0-U4

    (U4-U0)

    (U0-U4)-(U4-U0)=DDP

    38,89 kV

    -38,89 kV

    DDP=77,8kV

    Am

    plitu

    de d

    a T

    ens

    o (k

    V)

    Tempo (s)

    Figura 2-13 Desfasamentos de 180 entre duas SST, adaptado de [9]

    O conhecimento dos desfasamentos e diferenas de potencial tambm se revela importante

    na determinao de curto-circuitos entre duas subestaes, para se poder parametrizar as

    protees eltricas. Tomemos o caso entre duas subestaes de trao, como mostra na

    Figura 2-14.

    Energia de Trao

    Zona NeutraCATENRIA

    CIRCUITO DE RETORNO

    TT1 TT2

    VDesfasamento

    120190V47,63kV

    VV

    CATENRIA

    120

    27,5

    27,5

    30

    30U8-U0

    U0-U4

    SST ABRANTES SST RDO

    25000/110 V

    Relao de transformaoTT1 e TT2

    RT=25000/110 V

    110 V27,5 kV27,5 kV27,5 kV27,5 kV110 V27,5 kV27,5 kV27,5 kV27,5 kV

    0

    8

    0

    4

    47,6

    3U8-U0

    U0-U4

    -(U0-U4)

    Figura 2-14 Desfasamento entre SST de Abrantes e SST de Rdo, adaptado de [9]

    No caso de existir um curto-circuito entre dois setores a potncia vista do lado da SST de

    Abrantes dada pela equao 2-1.

    )3070cos( = CCababCC IUP

    2-1

    Com CCabP Potncia vista do lado de Abrantes;

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    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial 17

    abU Tenso da SST de Abrantes, com 60 de desfasamento entre rdab UU ;

    rdU (a Tenso da SST de Rdo);

    CCI Corrente de curto-circuito, 70 relativos impedncia da catenria;

    A impedncia da catenria aproximadamente kmjZ /4.016,0 += , que em

    situao de curto-circuito entre duas subestaes (no existe contacto entre a catenria e

    carril), o desfasamento introduzido pela catenria ser aproximadamente de 70. Neste caso

    0>CCabP , logo a SST de Abrantes fornece energia ativa, pelo que no existe inverso de

    potncia ativa na SST de Abrantes, como se representa na Figura 2-15.

    30

    47,6

    3

    ZEDP Ztransformador ZCatenria ZEDPZtransformadorZCatenria

    Zretorno Zretorno

    Uab

    Urd

    Uab-Urd

    Icc

    ZN-Zona Neutra

    Z-Impedncia

    -Urd

    ZN Belver

    Uab-Urd

    Urd=U0-U4

    Uab=U8-U0

    Icc

    Figura 2-15 Fluxo de Potncia para o caso de defeito na SST Abrantes, adaptado de [9]

    Da mesma forma, a potncia de curto-circuito vista pelo lado da SST de Rdo dada pela

    equao 2-2.

    )3070cos( +=CC

    IUP rdCCrd 2-2

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    18 Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    Com CCrdP a potncia vista do lado de Rdo;

    rdU tenso da SST de Rdo com 60 de desfasamento em relao a abrd UU ;

    CCI corrente de curto-circuito como representado na Figura 2-16.

    ZEDP Ztransformador ZCatenria ZEDPZtransformadorZCatenria

    Zretorno Zretorno

    ZN Belver

    Urd

    Uab

    Urd-Uab

    30

    47,6

    3

    ZN-Zona Neutra

    Z-Impedncia

    Icc

    Uab=U8-U0

    Urd=U0-U4

    Urd-Uab

    -Uab

    Icc

    Figura 2-16 Defeito observado na SST de Rdo, adaptado de [9]

    Nesta situao 0

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial 19

    mesma potncia ao distribuidor durante um ano, isto , passar a ser este o valor da

    potncia contratada.

    No caso da explorao da rede, se existir a necessidade de aes de manuteno, ou

    consignao de linhas (numa subestao) existe a necessidade de deslastrar as cargas para

    as SST adjacentes. Em caso de avaria da SST poder, no limite, haver a necessidade de

    alterar horrios de circulao do material circulante.

    Na Figura 2-17 tem-se a informao referente ao diagrama de cargas da SST do

    Entroncamento.

    Figura 2-17 Diagrama de carga da potncia ativa mxima em kW em dias uteis para a SST do Entroncamento, obtido pela central de telecontagem da REFER

    Se for colocada fora de servio esta subestao a alimentao dos setores adjacentes SST

    do Entroncamento feita pela SST do Litm e pela SST de Vila Franca de Xira.

    Na Figura 2-18 podemos verificar que na SST do Litm no existe qualquer problema com

    o deslastre de cargas, ao invs da SST de V. F. de Xira em que existem certos perodos,

    entre as 18:00 e as 19:45, por exemplo, que no se deve deslastrar carga devido potncia

    tomada ser superior potncia contratada. S em caso de motivos de fora maior, no caso

    da indisponibilidade da SST com vista a ser assegurada a continuidade de servio, que se

    deve operar neste horrio ou tentar deslocar cargas de prioridade menos importantes para

    outros perodos horrios.

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    20 Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    Figura 2-18- Deslastre das Cargas SST- Litm, SST V. F. Xira

    2.2 Subestaes de tenso alternada

    2.2.1 Esquemas unifilares de subestaes

    Uma subestao de trao (SST) pode ser definida como uma instalao eltrica de

    alimentao e distribuio de energia eltrica com o objetivo de transformao do nvel de

    tenso a ser usado pelos comboios, sendo constituda por equipamentos de proteo,

    equipamentos de corte/seccionamento e transformadores de potncia e de medida. As SST

    possuem dispositivos de proteo capazes de detetar diferentes tipos de defeitos no sistema

    e isolar partes onde ocorrem. Para se poder compreender o princpio de funcionamento de

    uma subestao torna-se necessrio conhecer a simbologia e o funcionamento bsico de

    todos os equipamentos. O incio do painel de linha da SST, conforme a Figura 2-19,

    incorpora um seccionador motorizado, com a possibilidade de ligao terra (no caso de

    consignao), esta operao s realizada pelo tcnico da SST com a linha sem tenso. O

    transformador de tenso (TT) de linha apresenta trs enrolamentos secundrios, com

    classes de preciso diferentes, sendo esta definida pelo erro mximo de tenso (mdulo e

    fase) de acordo com o tipo de aparelhos alimentados pelo secundrio [10]. A potncia do

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial 21

    TT especificada tendo em conta a potncia absorvida pelos aparelhos de medida e

    proteo por ele alimentados.

    RE

    NS

    UB

    ES

    TA

    O

    SEL1/StL11250 A

    TTL1 (4)220 kV / 100 - 100 V

    v3 v3 v3S1: 30VA Cl 0.2S2: 30VA Cl 1

    TTL1 (8)220 kV / 100 - 100 V

    v3 v3 v3S1: 30VA Cl 0.2S2: 30VA Cl 1

    M

    CHEGADA RENLINHA 1

    Seccionador da Linha 1-Motorizado com tomada de terra-Funo Abertura e fecholongitudinal em vazio (sem corrente)

    Transformador de Tenso da Linha 1 220 kV / 100 V- 100 V

    v3 v3 v3 (Converte a tenso num valor adequado aos equipamentos de baixa tenso. Contadores, voltmetros e protees)

    8 4

    Figura 2-19 Circuito unifilar do painel de entrada da linha de alimentao da SST(continua na Figura 2-20)

    Ainda no painel de entrada de linha segue-se o transformador de corrente de linha que tal

    como o TT, tem a potncia especificada de acordo com a potncia absorvida pelos

    aparelhos de medida e de proteo por ele alimentado. Como mostra a Figura 2-20,

    seguem-se dois seccionadores, um no barramento principal e outro no barramento

    transversal com comando motorizado, que interrompem ou estabelecem a continuidade do

    circuito eltrico que, sem poder de corte garantido no podem ser manobrados em carga.

    200-400 A / 5-5-5 AS1: 20VA Cl 0.2S2: 30VA Cl 1S3: 30VA Cl 5P20

    200-400 A / 5-5-5 AS1: 20VA Cl 0.2S2: 30VA Cl 1S3: 30VA Cl 5P20

    SL1-21250 A

    M

    ST11250 A

    M

    Transformador de Corrente da Linha 1 -200/5 AConverte a corrente num valor adequado aos equipamentos de baixa tenso.

    (Contadores, Amperimetros e protees)

    Seccionador Motorizado do Transformador 1 Executa corte longitudinal em vazio

    Seccionador MotorizadoInterbarras da Linha 1 com a

    Linha2-Realiza corte - AberturaFecho transversal em Vazio

    Figura 2-20 Circuito unifilar do painel de entrada da linha de alimentao da SST (continua na Figura 2-21)

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    22 Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    A proteo contra sobreintensidades (sobrecargas e curtos circuitos) e mxima tenso

    efetuada pelo disjuntor. A jusante do disjuntor (Figura 2-21) intercalado o descarregador

    de sobretenses (ligado em paralelo com o equipamento a proteger), que tem como

    finalidade escoar as sobretenses existentes na linha de origem atmosfrica ou originadas

    por manobras de equipamentos nas subestaes, limitando o valor mximo da tenso, o

    que permite a continuidade de servio sem alteraes. Por razes histricas [9], este

    dispositivo tambm conhecido por Para-raios, o que na prtica uma designao

    incorreta.

    Segue-se o transformador de potncia que tem como objetivo efetuar a converso do nvel

    de tenso, neste caso particular 2x25 kV por intermdio de dois enrolamentos secundrios.

    Estes dois enrolamentos esto ligados internamente para que, com o ponto central ligado

    aos carris, exista uma tenso de +25 kV no fio de contato e de -25 kV no feeder.

    O mesmo transformador tem associado um TI de proteo de cuba (para detetar eventuais

    contactos entre os enrolamentos e o ncleo ou a cuba), isto , quando h um defeito forma-

    se um circuito fechado pela terra que percorre o primrio do TI, que por sua vez alimenta

    um rel de corrente que atua um contacto, desligando o disjuntor que alimenta o

    transformador.

    A jusante do transformador existe um TI toroidal de corrente, instalado no neutro com dois

    secundrios (um destinado a medidas e o outro a protees). Na Figura 2-21 est ainda

    presente a caixa de tomada de neutro.

    O transformador de potncia est equipado com um regulador de tenso em carga,

    instalado no enrolamento primrio, para garantir maior estabilidade de tenso na rede

    eltrica de trao.

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial 23

    DT12000 A31,5 kA - 3 s.

    PR1 (4)1200 A - 2 ms20 kA - 8/20 s

    PR1 (8)1200 A - 2 ms20 kA - 8/20 s

    T1220 kV / 2x27,5 kV20 MVA (10/10 MVA)Ucc - 7,0 %

    Reg. Tomadas Primrio+14/-10 2500 V

    Sobrecargas50 % - 30 min100 % - 5 min

    TcT150 A / 5 AS1: 5 VA Cl 10P20

    TCT1 (N)900 A / 5-5 AS1: 25VA Cl 1S2: 25VA Cl 5P20

    4x(1x240)ALUMNIO/LXAV

    2x(1x120)ALUMNIO/LXAV

    +2

    5 kV0

    -25

    kV

    48

    Disjuntor do Transformador 1-Realiza o corte longitudinal em carga ou emcurto circuito

    Descarregador de sobretenses (Pra-raios) Linha 1 - fase 8 -Serve para escoar a energiaresultande das sobretenses

    de origem atmosfricas ou no protegendo os restantes equipamentos

    Transformador de Potncia 1- Converte a tenso

    para 25 KV

    Transformador toroidal da proteco de cuba

    do Transformador 1

    Caixa de tomada de neutro-

    onde realizada a ligao do neutro dostransformadores, terra e circuito de retorno

    Transformador toroidal da corrente de neutro do

    Transformador 1

    Figura 2-21 Circuito unifilar da SST (continua na Figura 2-22)

    Neste caso particular, o parque exterior de equipamento de 25 kV foi em parte adaptado

    para uma soluo do tipo GIS (Gas Insulated Switchgear) para instalao interior, dado que

    esta soluo ocupa menor espao em relao aos AIS (Air Insulated Switchgear). O

    equipamento GIS constitudo por funes modulares, como sejam os dispositivos com

    funo de corte, medida e proteo, conforme apresentado na Figura 2-22. Est ainda

    representado nesta figura o transformador de servios auxiliares que necessrio para a

    operao dos equipamentos principais de uma subestao (quer de corrente-contnua quer

    de corrente- alternada). Os equipamentos dos servios auxiliares alimentados em corrente-

    contnua correspondem a dispositivos de comando dos vrios equipamentos exteriores e

    interiores, alimentao da iluminao de emergncia do edifcio, bem como ao conjunto

    de baterias.

    O equipamento destinado a assegurar os servios auxiliares de corrente-contnua da

    subestao, constitudo por um conjunto de carregador-bateria de acumuladores a 110V,

    funcionando em tampo, com autonomia de 12 horas.

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    24 Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial

    M

    SST11250 A

    TCT1 (F)900 A / 5-5 AS1: 10VA Cl 1S2: 10VA Cl 5P20

    TCT1 (C)900 A / 5-5 AS1: 10VA Cl 1S2: 10VA Cl 5P20

    PRT1 (C)850 A - 2 ms10 kA - 8/20 s

    PRT1 (F)850 A - 2 ms

    10 kA - 8/20 s

    TTB1 (F)27,5 kV / 100 VS1: 10VA Cl 0.5/3P

    TTB1 (C)27,5 kV / 100 VS1: 10VA Cl 0.5/3P

    M

    SS11250 A

    M

    STA11250 A

    M

    DTA11250 A15 kA - 3 s

    TCD1 (F)900 A / 5-5 AS1: 10VA Cl 1S2: 10VA Cl 5P20

    TCD1 (C)900 A / 5-5 AS1: 10VA Cl 1S2: 10VA Cl 5P20

    PRD1 (C)850 A - 2 ms10 kA - 8/20 s

    PRD1 (F)850 A - 2 ms

    10 kA - 8/20 s

    M

    SD11250 A

    M

    D11250 A15 kA - 3s

    2x(1x240) 2x(1x240)

    1x(1x240)COBRE/36-66kV

    TCTA150 A / 5 AS1: 10VA Cl 1

    TSA127,5 kV / 231 V50 kVAUcc - 4,0 %

    Reg. Tomadas (Vazio) 2 x 2,5 %

    ALUMNIO/36-66kVALUMNIO/36-66kV

    GIS- Gas insulatedsubstation 8DA12

    Transformador Servios Auxiliares 1

    Transformador de cuba do Transformadorde Servios Auxiliares 1

    Descarregador de sobretenses(Pra-raios) do Disjuntor 1 - Catenria

    Figura 2-22 Mdulo GIS (continuao do esquema da Figura 2-23)

    Finalmente, obtm-se a alimentao dos setores de catenria existentes para cada um dos

    lados da subestao (Castelo Branco e Covilh) a partir do mdulo GIS, passando por um

    seccionador longitudinal e outro transversal, que permitem vrias alternativas de

    explorao. Existem ainda dois transformadores de tenso de sadas ligados em paralelo

    (um com o feeder e outro com a catenria), com funes de recolha de informao de falta

    de tenso e informao da tenso para as protees, conforme mostra a Figura 2-23.

    EX

    TE

    RIO

    R

    PRS1 (C)850 A - 2 ms10 kA - 8/20 s

    PRS1 (F)850 A - 2 ms10 kA - 8/20 s

    M

    SC11250 A

    CA

    TE

    N

    RIA

    SU

    BE

    ST

    A

    O

    TTS1 (F)27,5 kV / 100 VS1: 30VA Cl 1

    TTS1 (C)27,5 kV / 100 VS1: 30VA Cl 1

    CASTELO BRANCO

    15,8/150COBRE/NU MULTIFILAR

    15,8/150COBRE/NU MULTIFILAR

    Descarregador de sobretenses(Pra-raios)Sada 1 - feeder

    Transformador de Tenso Sada 1 -

    (catenria)

    Transformador de Tenso Sada 1 - (feeder)

    Seccionador 1-Motorizado Funo Abertura e fecho longitudinal

    em vazio (sem corrente)

    Seccionador Interbarras Sadas 25kVRealiza corte -Abertura e fecho-transversal

    em vazio

    Descarregador de sobretenses(Pra-raios)Sada 1 - Catenria

    SS1-21250 AM

    Figura 2-23-Circuito unifilar SST, referente ao troo final de alimentao das cargas (continuao do esquema da Figura 2-22)

  • Subestaes de Trao e Postos de Catenria-Engenharia

    Mestrado em Controlo e Electrnica Industrial 25

    2.2.2 Mdulo GIS

    Nas ltimas dcadas foram desenvolvidas solues com recurso ao encapsulamento de

    aparelhagem de corte e seccionamento, protees, medidas e respetivos condutores e

    barramentos, em compartimentos estanques a ar ou a gs isolante. Estes equipamentos

    podem ser agrupados em painis compactos modulares constitudos por dispositivos de

    corte, medida e proteo.

    A gama de oferta atual permite o desenvolvimento de subestaes com base em

    equipamentos compactos encapsulados [7].

    Para as solues mais convencionais, os painis modulares so agrupados em monoblocos

    que em conjunto satisfazem as necessidades funcionais pretendidas para a instalao. Os

    painis dispem de um barramento transversal simples ou duplo onde so ligados os

    painis adjacentes.

    Os painis tm diversas funes associadas, tais como:

    Chegada/Sada de cabos;

    Seccionamento de barramentos;

    Acoplamento de barramentos.

    A estas funes principais de corte podem ser adicionadas outras funcionalidades,

    nomeadamente:

    Medida de corrente