XXII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica SENDI 2016 - 07 a 10 de novembro
Curitiba - PR - Brasil
Washington Pereira de
Oliveira
Franz de Cassias Strobel
Fernando Antônio Medeiros
da Silva
CEMIG Distribuição S.A.
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Subestação Compartilhada com Desconectáveis Loadbreak
Palavras-chave Desconectáveis Loadbreak Subestação compartilhada Subestação de consumidor Resumo
Neste trabalho apresenta-se o conceito, o projeto e implementações práticas de subestação compartilhada com desconectáveis loadbreak. O desenvolvimento desse conceito se deu na Cemig Distribuição S.A, capitaneado pela gerência “Engenharia de Ativos da Distribuição”, em parceria com outras áreas da concessionária. O conceito surgiu em resposta aos desafios técnicos e comerciais impostos pelo fornecimento em média tensão através de subestação compartilhada. Busca-se, com ele, facilidade operacional e comercial para a
concessionária e flexibilidade para o cliente, sem ferir princípios regulatórios, técnicos e de segurança.
O uso de desconectáveis loadbreak em subestações de consumidor pode ser considerado uma inovação no âmbito da distribuição de energia elétrica, visto que estes acessórios são predominantemente usados em redes de distribuição isoladas. Assim sendo, o conceito aqui discutido propõe uma solução que se utiliza de amplos conceitos da distribuição, para buscar o máximo de resultados positivos.
1. Introdução
O uso de subestação compartilhada é previsto em regulamento pela Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, através da “Resolução Normativa Nº 414”. Este tipo de subestação é usado, por exemplo, em empreendimentos com múltiplas unidades consumidoras, em que clientes distintos, do grupo A, são conectados à rede da distribuidora através de uma mesma subestação.
percorre a subestação, de onde é derivada a conexão dos diversos clientes que a compartilham. Desta forma, não há flexibilidade operativa. Por exemplo, no caso de manutenção ou rearranjo dos elementos a montante do seccionamento exclusivo de um único cliente é necessário o seccionamento dos demais. Outro exemplo é a dificuldade de atuação em clientes inadimplentes, que podem compartilhar a subestação com clientes adimplentes.
A Cemig Distribuição S.A. (Cemig D) prevê em sua Norma de Distribuição 5.3 (ND 5.3) uma configuração alternativa à configuração clássica. A norma destaca que, ao se tratar de subestação compartilhada, deve ser prevista baia para individualização do fornecimento. O conceito que se apresenta nesse trabalho é uma das possíveis alternativas para atendimento à individualização que se refere a ND 5.3.
Diante ao cenário apresentado, foi concebido um conceito de individualização do fornecimento nas subestações compartilhadas com o uso de desconectáveis loadbreak.
De maneira sucinta, o conceito prevê uma baia adicional nas subestações compartilhadas, na qual serão instalados barramentos blindados loadbreak tríplex (BTX-L) ou quadruplex (BQX-L). Cada uma das fases do ramal de entrada que adentra a baia é conectada no respectivo barramento blindado, através de terminais desconectáveis cotovelo loadbreak (TDC-L). A partir dos barramentos blindados, derivam cabos individuais para as respectivas baias de cada cliente. Como prova de conceito, foram desenvolvidas duas subestações, em parceria com clientes, projetistas e fabricantes. Uma delas aplica o conceito da individualização com desconectáveis loadbreak em estrutura de alvenaria, a outra aplica o conceito em subestação blindada metálica.
2. Desenvolvimento
2.1 Contexto normativo
O uso de subestação compartilhada é previsto em regulamento pela Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, através da “Resolução Normativa Nº 414”. Nesta resolução, a ANEEL apresenta a “Seção VII”, intitulada “Da Subestação Compartilhada”, na qual afirma que o fornecimento de energia elétrica a mais de uma unidade consumidora do grupo A pode ser efetuado por meio de subestação compartilhada, e estabelece critérios para tal fornecimento. A “Seção VIII”, no artigo 19, prevê o compartilhamento de subestação nos empreendimentos com múltiplas unidades consumidoras. Ou seja, o fornecimento provido pela concessionária pode se dar através da conexão de uma única subestação que faz a derivação para clientes distintos.
2.2 Contexto Cemig
A Cemig D estabelece na Norma de Distribuição 5.3 (ND 5.3) os critérios para o uso de subestação compartilhada, nos fornecimentos nas tensões 13,8 kV, 22 kV e 34,5 kV, para unidades consumidoras com carga instalada superior a 75 kW. A ND 5.3 vigente destaca que ao se tratar de subestação compartilhada deve ser prevista no projeto uma baia para individualização do fornecimento, conforme o “Desenho 13 – Subestação Nº2 Compartilhada – Layout Básico” da referida norma.
O conceito de individualização apresentado na ND 5.3 se respalda na vivência operativa da Cemig D, que constatou (e constata) limitações técnicas, comerciais e operativas provindas das subestações compartilhas sem este conceito. A configuração clássica das subestações compartilhadas sem o conceito de individualização é a de um único barramento polifásico que percorre a subestação, de onde é derivada a conexão dos diversos clientes que a
equipamentos de proteção e podendo ter ou não outra baia para a transformação. Todos os elementos instalados a montante do seccionamento do cliente e a jusante da derivação do barramento só podem ser desenergizados caso todo o barramento seja desligado.
Segue, na Figura 1, diagrama básico da subestação compartilhada comumente aplicada com baia para transformação.
Figura 1- Diagrama básico subestação compartilhada sem individualização
Como limitação técnica desta configuração, pode-se citar a falta de flexibilidade operativa, que afeta tanto clientes quanto concessionárias. Em um evento de manutenção dos elementos a montante do seccionamento exclusivo de um único cliente é necessário o seccionamento dos demais, através da atuação no equipamento de seccionamento localizado na derivação da rede. No caso de um pedido de aumento de demanda de um único cliente que resulte em modificação da subestação, além do seccionamento de todos os clientes, o tempo e os custos da obra de adequação afetarão a todos.
Como limitação comercial, pode-se citar a dificuldade na atuação junto a clientes inadimplentes, que podem compartilhar a subestação com clientes adimplentes. No caso de inadimplência, uma das possibilidades que a usual configuração permite é que a concessionária seccione o cliente através dos elementos da sua baia de proteção. Após o
seccionamento, é necessário impedir o reestabelecimento de tensão através de lacres e barreiras, atuando em elementos de propriedade e acesso do cliente. Outra alternativa praticada por distribuidoras do Brasil é a remoção dos elementos de medição (TCs e TPs) do cliente inadimplente, após seccionar todos os clientes da subestação, o que não é operacionalmente e comercialmente simples. No caso da quitação das pendências, a concessionária necessitará de certo esforço para a reacomodação dos elementos retirados.
2.3 Conceito proposto
Com foco no conceito de individualização do fornecimento das subestações compartilhadas, apresentado na ND 5.3, conforme o “Desenho 13 – Subestação Nº2 Compartilhada – Layout Básico” da referida norma, e na resolução das limitações apresentadas pelas configurações de subestações sem o conceito de individualização, foi desenvolvida uma alternativa para a individualização através do uso de desconectáveis loadbreak.
Loadbreak (RDI-L) e vislumbrou a aplicação destes acessórios para o seccionamento em subestações compartilhadas. Os acessórios desconectáveis loadbreak permitem a operação e manuseio de circuitos energizados com carga. No processo de abertura, o conjunto desconectável/bucha loadbreak promove, internamente, a extinção do arco voltaico nas suas câmaras. Caso ocorra o fechamento na presença de um curto-circuito, o mecanismo da bucha loadbreak forçará o contato elétrico, expulsando-o, para que não ocorra arco voltaico no ponto de conexão. Adicionalmente, a operação de conexão e desconexão dos dispositivos deve ser feita com o uso do bastão “pega tudo” de 2,48 m.
2.3.1 Diagrama básico
A configuração básica da subestação compartilhada proposta é composta por uma baia para a individualização, que será a primeira conectada ao ramal de entrada que deriva da rede da concessionária, seguida dos conjuntos de baias de cada cliente (medição, proteção e, caso aplicável, transformação), conforme Figura 2 a seguir:
Figura 2- Diagrama básico subestação compartilhada com individualização
A primeira baia na qual os cabos do ramal de entrada são conectados é chamada “Baia de Individualização”. Nesta baia são instalados barramentos blindados loadbreak tríplex (BTX-L) ou quadruplex (BQX-L), destinados a estabelecer uma ou mais derivações. Os barramentos devem ser aterrados. A cada barramento é conectada uma das fases vindas da rede, ou seja, para o sistema trifásico são necessários no mínimo três barramentos blindados. O número máximo de barramentos blindados depende do número de clientes que compartilham a subestação e do modelo ser tríplex ou quadruplex. Cada barramento tríplex é capaz de derivar para dois clientes e cada quadruplex deriva para três, visto que em ambos uma das buchas será usada para conectar o cabo que deriva da rede.
As buchas dos barramentos blindados loadbreak que não forem utilizadas devem ser cobertas pelo receptáculo isolante blindado loadbreak (RIB-L), que isola e blinda eletricamente a bucha inutilizada.
Todos os cabos que são conectados aos barramentos blindados possuem terminais desconectáveis cotovelo loadbreak (TDC-L). Estes acessórios isolados mantêm o eixo do cabo de potência perpendicular ao eixo da bucha de ligação e permitem que o cabo seja desconectado em carga.
A baia de individualização deve ser dimensionada para possibilitar a conexão e desconexão dos TDC-L através do bastão “pega tudo” de 2,48 m. Para isso, ela precisa ter o comprimento necessário ou permitir que o operador execute a
ação do lado de fora da baia. Também, as extremidades laterais dos barramentos devem distar 30 cm das laterais da subestação (para não dificultar a operação de destros/canhotos). Seguidas essas diretivas, o operador dos
desconectáveis está a distâncias seguras de todos os pontos energizados.
Os barramentos blindados devem ser posicionados de modo a permitir o alinhamento com a bastão segurado por uma pessoa de estatura mediana de pé. Calcula-se que este critério é alcançado quando o centro dos barramentos blindados é posicionado a 1,30 m do solo. Este critério foi desenvolvido juntamente com as equipes de campo, que indicaram as melhores posições que garantissem a adequada ergonomia e segurança.
O acesso ao interior da baia de individualização deve ser obstruído através de grade ou tampa que possibilite o uso de lacres da concessionária. Também, deve existir sinalização de que há risco de morte ao acessar tal baia.
A partir da baia de individualização, os clientes são conectados com cabos individuais derivados dos barramentos blindados. Ou seja, da baia de individualização derivam fases exclusivas para cada cliente. Após a derivação, cada conjunto de fases individuais é conectado à baia de medição de um respectivo cliente. A lógica se repete quantas vezes for o número de clientes que compartilham a subestação.
Após a chegada individualizada em cada baia de medição, as conexões seguem os conceitos já consolidados: a baia de medição é conectada à baia de proteção, que, caso aplicável, é conectada à baia de transformação (que pode não estar dentro da subestação).
2.4 Aplicação prática do conceito
Como prova de conceito, foram desenvolvidas duas subestações, em parceria com clientes, projetistas e fabricantes. Uma delas aplica o conceito da individualização com desconectáveis loadbreak em estrutura de alvenaria, a outra aplica o conceito em subestação blindada metálica.
A subestação compartilhada construída em alvenaria é usada para conectar dois clientes, um posto de gasolina e um restaurante. A tensão de fornecimento é 13,8 kV. O ramal de entrada é composto por cabos de cobre isolados, classe 15 kV, de secção 50 mm². Esta subestação em alvenaria está em funcionamento e não há indício de qualquer problema. Usou-se a linha de acessórios loadbreak classe 200 A – 25 kV, de maneira análoga ao que é padronizado para as redes isoladas da Cemig D.
A rede de distribuição é aérea e é conectada ao ramal de entrada, através de muflas dispostas em uma cruzeta fixa ao poste. O ramal de entrada é subterrâneo e é conectado à baia de individualização via uma caixa de passagem no solo. O cliente optou por passar um cabo reserva por fase, que está em espera nos BTX-L. Conforme Figura 3 abaixo.
Figura 3- Baia de individualização da subestação em alvenaria
Na Figura 4 é possível analisar a montagem do BTX-L da fase A. É possível identificar o cabo de entrada (ramal de entrada), bem como as saídas para cada cliente (01 e 02) e o condutor de aterramento de cada cabo (que é enrolado ao redor do cabo). Na extremidade esquerda está o receptáculo isolante blindado loadbreak (RIB-L) e na direita o cabo reserva.
A subestação compartilhada blindada metálica é usada para conectar dois clientes em um shopping center. A tensão de fornecimento é 13,8 kV. O ramal de entrada é composto por cabos de cobre isolados, classe 15 kV, de secção 50 mm². Usou-se a linha de acessórios loadbreak classe 200 A – 25 kV, de maneira análoga ao que é padronizado para as redes da Cemig D.
O ramal de entrada é subterrâneo e é conectado à baia de individualização por um leito na parte inferior da subestação. A baia de individualização foi colocada à direta da subestação, conforme Figura 5 abaixo.
Figura 5- Subestação blindada metálica com individualização
Internamente, a baia de individualização é composta por barramentos blindados BQX-L. Conforme Figura 6 abaixo.
Para a operação dos desconectáveis através do bastão “pega tudo”, deve ser previsto espaço externo a subestação para que o operador se posicione corretamente e execute a conexão/desconexão.
3. Conclusões
O conceito de individualização de fornecimento na subestação compartilhada traz melhorias técnicas, comerciais e operacionais em relação às subestações em que o conceito não é aplicado. Cita-se: a facilidade de manutenção dos elementos de medição de um único cliente, sem cortar o fornecimento dos demais; a flexibilidade de rearranjo da
subestação, quando de um pedido de aumento de carga ou necessidade de manutenção; a possibilidade da desconexão de clientes inadimplentes, sem atuar em elementos de propriedade e acesso deste cliente e sem prejudicar o
fornecimento dos clientes adimplentes; segurança operativa, pois os desconectáveis loadbreak são totalmente isolados e extintores de arco voltaico, a baia de individualização é adequadamente dimensionada e é previsto o uso de bastão “pega tudo”.
Após estudos e as aplicações práticas, o uso de desconectáveis loadbreak em subestações compartilhadas se mostrou adequado para a implementação do conceito de individualização. A subestação de alvenaria citada no item “Aplicação prática do conceito” está em funcionamento e sem indícios de problemas.
4. Referências bibliográficas
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução Normativa Nº 414, de 9 de setembro de 2010;
CEMIG D – Cemig Distribuição S.A. Instalações Básicas de Redes de Distribuição Aéreas Isoladas Loadbreak – RDI-L 02.111-TD/AT-2026c;
CEMIG D – Cemig Distribuição S.A. Fornecimento de Energia Elétrica em Média Tensão - Rede de Distribuição Aérea ou Subterrânea ND 5.3 – Novembro/2013.
