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PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE UMA SUBESTAÇÃO E SUA FUNÇÃO 1 Equipamentos de Transformação

2. REDE DE DISTRIBUIÇÃO INTERNA /COLETORA DE MÉDIA

3.3 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE UMA SUBESTAÇÃO E SUA FUNÇÃO 1 Equipamentos de Transformação

Transformadores, são máquinas elétricas que por meio de indução eletromagnética, transfere energia elétrica de um circuito (bobinas do primário), para outros circuitos (Bobinas do Secundário e Terciário), mantendo a mesma frequência, mas geralmente com tensões e correntes elétricas diferentes. De acordo com os tipos utilizados na construção de um parque eólico, podem ser:

• Transformador de força;

• Transformador de aterramento;

• Transformadores de instrumentos: de corrente de potencial (capacitivos ou indutivos).

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Transformadores de Força ou de Potência.

Existem basicamente dois tipos construtivos de transformadores aplicáveis a subestações, sendo a óleo e a seco. Geralmente é utilizado nas subestações eólicas o transformador a óleo. Transformadores de potência são destinados primariamente à transformação da tensão e das correntes operando com altos valores de potência, de forma a elevar o valor da tensão e conseqüentemente reduzir o valor da corrente. Este procedimento é utilizado, pois ao se reduzir os valores das correntes, reduz-se as perdas por efeito Joule nos condutores.

Suas partes principais são:

• Tanque principal: Atrávés do mesmo que se libera o calor transferido pelo núcleo e do enrolamento através do óleo isolante, que por sua vez tem as finalidades de isolar as partes energizadas e refriregar o transformador, tranferindo calor do núcleo para o exterior do tanque. Abriga o núcleo.

• Conservador de Líquido isolante (Balonete): Consiste num reservatório fixado ao transformador na parte superior da carcaça. É destinado a receber o óleo do tanque quando esse se expande, devido aos efeitos do aquecimento por perdas internas.

• Secadores de Ar: Recipientes contendo Sílica-Gel, que serve retirar a umidade do ar que entra no transformador. Éuma comunicação do ambiente externo para o interno do transformador. Os transformadores operam em ciclos de carga variável, o que provoca o aquecimento do líquido isolante (Período de carga máxima), que se expande expulsando o ar que ficacontido na câmara de compensação e/ou no balonete. No período de carga leve, o líquido se resfria provocando a entrada de ar no interior do trafo (Exceto nos trafos selados). A penetração de umidade no interior do mesmo reduz substancialmente as características dielétricas do líquido isolante,resultando em perdas de isolamento das partes ativas e consequente queima do equipamento.

• Núcleo: Constituído do núcleo de aço (Grande quantidade de chapas de ferro-silício de grãos orientados, montados em superposição para evitar perdas de magnetização) e Enrolamentos(Formados por bobinas primárias ,secundárias e, em alguns casos, terciários. Os fios normalmente de cobre eletrolítico,isolados com esmalte, fitas de algodão ou papel especial de acordo com as classes de isolamentos.

• Sistema de Resfriamento:Sistema destinado ao processo de transferência de calor do núcleo para o óleo, como do tanque para o ambiente, onde o processo de transferência por convecção é basicamenteo responsável. O mesmo pode ser feito de duas formas: Convecção Natural e/ou Forçada, onde os trafos são designados quanto ao tipo de

38 resfriamento por um conjunto de letras que representam as iniciais das palavras correspondentes, ou seja, transformador à:

o Óleo Natural com resfriamento a Ar Natural (ONAN) o Óleo Natural ventilação a Ar Forçada (ONAF)

o Óleo com circulação do óleo isolante Forçada com ventilação a Ar Natural (OFAF) o Óleo com circulação do óleo isolante Forçada com resfriamento a Água Forçada – Water (OFWF)

o Seco com resfriamento a Ar Natural (AN) o Seco com resfriamento a Ar Natural (AF)

Além desses principais temos outros componentes importantes como o próprio óleo isolante, componentes estruturais e identificação, Derivações, componentes de medição, de indicação de níveis, e de retirada de amostra, de segurança como respectivamente:

o Quadro de comando em controle, Base para arrastamento e Base com rodas bidirecionais , placas de identificação;.

o Derivações de primário e secundário (Buchas), Comutadores de Tapes; o Indicadores de Nível e temperatura;

o Dispositivos para retirada de amostras de óle;

o Válvulas de alívio de pressão, Relé de súbita pressão e Relé de Bucholz.

Figura 29 Exemplo de Transformador de Força (Fonte: Catálogo Blutrafos) Quadro de Comando e Controle Balonete Relé de Bulcholz Base para Arrastamento Dispositivo de absorção de umidade Buchas Primárias Indicador de Temperatura Tanque Principal Sistema de Resfriamento por Ar forçado

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Transformadores de Aterramento.

Transformadores de aterramento e/ou reatores de aterramento são equipamentos geralmente utilizados em métodos convencionais de proteção contra faltas de fase-terra de geradores síncronos aterrados com alta impedância (Que no caso, pode ser o conjunto de geradores síncronos dos aerogeradores instalados nos barramentos das redes coletoras). O método geralmente utiliza um relé de sobretenção indicado por 59GN conectado em paralelo com o reator como é representado no circuito abaixo.

Figura 30 Exemplo de Sistema de proteção de Geradores Síncronos com Trafo de aterramento.

Figura 31 Exemplo de transformador de força e de aterramento em subestação elétrica (TOSHIBA). Gerador Síncrono Aterrado PCC ou PAC Transformador e/ou Reator de Aterramento Relé de Sobretensão Trafo de Aterramento Trafo de Força

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Transformadores de Instrumentos.

Os transformadores de instrumentos (TC’s e TP’s) têm a finalidade de reduzir a corrente ou a tensão respectivamente a níveis compatíveis com os valores de suprimento de relés e medidores.

Figura 32 Exemplo de um TP.

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Equipamentos de Manobra

• Disjuntores

• Chaves seccionadoras

Disjuntores: Os disjuntores são os mais eficientes e mais complexos aparelhos de manobra em uso de redes elétricas, destinados à operação em carga, podendo sua operação ser manual ou automática. As chaves seccionadoras são dispositivos destinados a isolar equipamentos ou zonas de barramento, ou ainda, trechos de linhas de transmissão.

Recomenda-se ser somente operados sem carga, muito embora possam ser operadas sob tensão.

Figura 34 Exemplo de um Disjuntor.

Equipamentos para Compensação de Reativos

• Reator derivação ou série;

• Capacitor derivação ou série;

• Compensador síncrono;

• Compensador estático.

Desses equipamentos o que é utilizado com mais freqüência nas SE’s de pequeno e médio porte é o capacitor derivação.

Equipamentos de Proteção

• Pára-Raios;

• Relés de Proteção;

• Fusíveis;

42 O Pára-raios é um dispositivo protetor que tem por finalidade limitar os valores dos surtos de tensão transitantes que, de outra forma, poderiam causar severos danos aos equipamentos elétricos. Eles protegem o sistema contra descargas de origem atmosféricas e contra surtos de manobra, o mais comum em subestações são o do tipo Válvula.

Os Relés têm por finalidade proteger o sistema contra faltas, permitindo através da atuação sobre disjuntores, o isolamento dos trechos de localização das faltas.

O Fusível se destina a proteger o circuito contra curtos, sendo também um limitador da corrente de curto. Muito utilizado na indústria para a proteção de motores.

Figura 35 Exemplos de pára-raios e relé respectivamente.

Equipamentos de Medição

Constituem os instrumentos destinados a medir grandezas tais como corrente, tensão, freqüência, potência ativa e reativa, etc.

A uma necessidade do acompanhamento das medidas elétricas. Através delas são resolvidos problemas, exemplos: remanejamento de cargas, ampliação do sistema, sobrecargas, sobre-tensão, conferencia de desligamento, etc. Os instrumentos de medição são aparelhos utilizados para medirem diversas grandezas elétricas, tais como tensão, corrente, freqüência, etc. Normalmente nas estações são conectados a TP’s e ou TC’s em virtude dos valores medidos. Os instrumentos podem ser classificados como:

Acumuladores. São aqueles que registram valor acumulado de grandezas medidas, desde o momento de sua instalação ou de tempo predeterminado. (Medidor de energia ativa e reativa).

Indicadores. São aqueles que em qualquer momento indicam o valor nominal ou pico da grandeza medida. Podem ser de leitura direta ou registrador gráfico. (Amperímetro, fasímetro, voltímetro, frequencímetros).

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Circuitos auxiliares em SE.

Constituem os instrumentos destinados auxiliar e suprir as funções secundárias de uma subestação, como suprir iluminação, garantia da continuidade do sistema de controle, mesmo quando na falta de energia gerada e proveniente do sistema elétrico connevcional, assim como proteção dos bens materiais, estruturais e humanos dentro da subestação. Dentre os vários equipamentos existentes no mercado podemos citar:

Geradores Elétricos

Constituem os equipamentos destinados a suprir a energia aos circuitos de comando e proteção no caso de uma falta de energia causada por algum problema na alimentação elétrica da subestação e/ou simplesmente acionado pelo operador da subestação numa operação padrão da mesma. Geralmente é instalado em local específico da subestação (Casa de geradores)

Figura 36 Exemplo de grupo gerador acionado por motor diesel – Modelo C20D6 da Power Generation®.

Retificador e Banco de Baterias.

Em grandes instalações como subestações, não ficando de fora as subestações eólicas, e usinas, os comandos de equipamentos utilizados nas unidades são realizados em corrente contínua, normalmente esta é fornecida por um retificador (geralmente trifásico em sistemas eólicos) que é ligado no sistema auxiliar da unidade. Devido à necessidade de manobrar equipamentos em caso de perda das fontes de corrente alternada em que o retificador perde sua função, as baterias são fonte de energia emergencial, pois é necessário preparar a unidade para receber energia novamente, ou seja, abrir disjuntores para isolar equipamentos danificados, desligar cargas que enventualmente tenham ficadas ligadas,comandar comutadores de derivação dos transformadores e/ou realizar comunicação com as partes envolvidas no pronto restabelecimento do sistema.

44 Figura 37 Exemplo de Retificador trifásico e banco de baterias em casa de comando de subestação, respectivamente.

Sistema de combate a incêndio.

Constituem os equipamentos destinados a proteção e combate a incêndio dentro das casas de comando e na área externa da subestação.

• Parede corta Fogo

• Caixa de óleo dos transformadores de força e aterramento (Caixa de brita)

• Extintores de Incêndio.

• Sensores de fumaça

Parede Corta Fogo

São paredes projetadas para que no caso de um sinistro de explosão e/ou incêndio dos transformadores de força localizado, a chama não se propague para os demais circuitos e equipamentos laterais ao transformador.

45 Figura 38 Imagem das paredes corta fogo

Bacia Coletora e sistema de drenagem oleosa.

São projetadas e construídas no perímetro dos transformadores, incorporadas às suas respectivas bases com a finalidade de coletar o óleo em um eventual vazamento e a água de chuva, encaminhando essa mistura a uma caixa separadora de água e óleo, podendo também ter a função de manutenção para troca de óleo.

Figura 39 Bacia coletora de óleo da subestação e sistema de drenagem oleosa do transformador Parede Corta Fogo

46 Extintores.

Devem ser previstos a instalação de extintores portáteis sobre rodas (carreta) de pó químico seco, próximo a cada transformador com capacidade de 50Kg.

Devem ser instalados extintores de gás carbonico – CO2 (6kg) para proteção da sala de painéis dispostos tais que o operador não percorra mais que 20m entre eles, sendo 01 dentro da sala de operação e comando e outro externo em frente a sala do gerador de emergência.

Todos extintores devem possuir marcas de conformidade concedida por órgão credenciado pelo Sistema Brasileiro de Certificação.

Complementando a proteção foi instalado na sala de controle um sistema com sensor de detecção de fumaça atendendo a norma ABNT NBR 14039.

Figura 40 Exemplo de extintor incêndio e sensor de fumaça em casa de comando em controle.

Sensores de fumaça.

Complementando a proteção deve ser instalado na sala de controle um sistema com sensor de detecção de fumaça atendendo a norma ABNT NBR 14039.

Sinalização.

Deverão ser instaladas placas de sinalização indicando as rotas de fuga e a localização dos equipamentos de proteção e combate a incêndio.

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Aterramento e Sistema de Proteção contra descargas atmosféricas. Aterramento

O aterramento da subestação deve ser foi feita em atendimento as normas técnicas no Brasil (NBR 14039 e NR10), através de uma malha de terra, sendo dimensionada a partir da medição da resistividade do solo no local da instalação. Utilizando-se em sua contituição, geralmente cabos de cobre nú e soldando as conexões dos mesmos com solda exotérmica na parte enterrada da rede. Devem ser previstos a instalação poços de inspeção de aterramento.

Figura 41 Detalhe de conexão da malha feita com solda exotérmica, montagem e instalação da malha de aterramento em subestação

Algumas Regras Básicas para a elaboração da malha de aterramento:

- Todos os componentes metálicos da subestação (Estruturas, cercas e portões, etc..), inclusive aqueles localizados na sala de controle, devem ser solidamente conectados a malha de aterramento diretamente com conectores, solda exotérmica ou cordoalhas flexíveis de cobre.

- Toda estrutura que possa fazer parte integrante do caminho da corrente de falta deverá possuir, no mínimo, 02 pontos de conexão à malha.

- Tubulações metálicas instaladas na área da subestação devem ser conectadas à malha em um único ponto para se evitar que através das mesmas circulem correntes de falta.

- Toda malha deve ser coberta com uma camada de 100 mm de espessura de brita. A área da malha deve ser circundada por meio fio, de modo a delimitar a superfície britada. Em geral o meio fio é instalado a 1 m de distância externamente ao último condutor de malha. (Essa camada de brita, além de funcioanar como dreno de águas pluviais,atua como isolante, haja visto que sua resistividade, quando encharcada é da ordem de 3000 Ohms.metros)

- “Instalar hastes (eletrodos) de aterramento, preferencialmente do tipo copperweld com diâmetro de ¾” x 3000 mm de comprimento, com prioridade em locais como: cantos da malha, aterramentos de cada pára-raio, neutros de transformadores e reguladores de tensão.

48 - Junto aos mecânismos de manobra das chaves seccionadoras,deverá ser instalada uma chapa chadrez no piso, ao qual deverá ser devidamente conectada a malha equalizar o potencial nos pés do operador.

SPDA.

O Sistema de Proteção contra descargas atmosféricas da subestação devem ser executadas com base nas normas técnicas no Brasil (ABNT NBR 5419), e internacionais IEEE Std. 998 – 1996; NFPA 780 – 1995.

Geralmente são instalados pára-raios com pontas tipo Franklin e Cabo- Pára raios sob os pórticos de entrada de todas as linhas aéreas e nos transformadores de potência e cabines de comando. Geralmenteem modelo de proteção Eletrogeométrico para proteção dos equipamentos no pátio e aplicação da blindagem eletromagnética –Gaiola de Faraday nas estruturas das casas de comando, controle e operação.

Figura 42 Detalhe da aplicação das pontas e cabos pára-raio em subestação.

Proteção contra descargas diretas.

Trata-se de componentes do sistema que elétrico que possuem a característica de captar e escoar para o potencial de terra as sobretensões (impulsos gerados por descargas atmosféricas) e surtos de tensão (sobretensões impostas ao sistema elétrico por ele próprio), p. ex.: operação de disjuntores, etc.;

• A tecnologia atual dos para-raios utiliza blocos de óxido de zinco (ZnO) encapsulados em suportes isolantes;

• A instalação dos para-raios pode ser sobre suporte no piso ou presos aos condutores das linhas de transmissão.

49 O tipo de pára-raios mais utilizado é o do tipo válvula em conjunto com contador descargas

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Unidade 4

4 LINHA DE TRANSMISSÃO E CONEXÃO COM A REDE DE

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