Especialização em Instalações Elétricas Prediais
Coletânea Sobre Dimensionamento de Componentes de uma Subestação e Estudo de Caso
IGOR LOPES MOTA
Goiânia
2010
IGOR LOPES MOTA
Coletânea Sobre Dimensionamento de Componentes de uma Subestação e Estudo de Caso
Monografia apresentada à escola de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Federal de Goiás para o preenchimento dos requisitos de obtenção do título de Especialista em Instalações Elétricas Prediais.
Área de concentração: Sistema de Energia Elétrica
Orientador: Prof. Dr. Euler Bueno dos Santos
Goiânia
2010
SÃO PERMITIDAS A REPRODUÇÃO E A DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO,
PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
MOTA, I. L., Coletânea Sobre Dimensionamento de Componentes de uma Subestação e Estudo de Caso. Monografia de Final de Curso de Especialização – Escola de Engenharia Elétrica e de Computação, Universidade Federal de Goiás, 2009.
Palavras Chave: Subestação Consumidora, Projeto de Subestação, Proteção de
Subestação, Custos de Subestação
IGOR LOPES MOTA
Coletânea Sobre Dimensionamento de Componentes de uma Subestação e Estudo de Caso
Monografia apresentada à escola de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Federal de Goiás para o preenchimento dos requisitos de obtenção do título de especialista em Instalações Elétricas Prediais, aprovada em _____ de _____ de _____, pela Banca Examinadora constituída pelos seguintes professores:
________________________________________________
Prof. Dr. Euler Bueno dos Santos - Orientador Escola de Engenharia Elétrica e de Computação
Universidade Federal de Goiás
________________________________________________
Prof. Dr. Antônio César Baleeiro Alves Escola de Engenharia Elétrica e de Computação
Universidade Federal de Goiás
________________________________________________
Prof. Dr. Sérgio Granato de Araújo Escola de Engenharia Elétrica e de Computação
Universidade Federal de Goiás
________________________________________________
Prof. Dr. Enes Gonçalves Marra
Escola de Engenharia Elétrica e de Computação
Universidade Federal de Goiás
Dedico este trabalho aos meus pais, Hugo e Meire, pelo amor e dedicação de todos os dias, às minhas irmãs Ludmila e Raíssa e minha namorada Mariana, grandes mulheres que me deram força e incentivo moral e à minha querida Vozinha Ovídia pelo imenso amor. Pessoas fundamentais na minha vida que sempre estiveram ao meu lado.
Igor Lopes Mota
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Engenheiro Eletricista Euler Bueno dos Santos pela sua orientação e constante preocupação em busca do conhecimento e desenvolvimento da Engenharia Elétrica no Estado de Goiás.
Ao Engenheiro Eletricista Klênyo Lúcio da Silva pelo aprendizado, por ter aberto as portas para o grande universo da prestação de serviços de engenharia e pelos investimentos em minha carreira. Agradeço-o ainda pela importante contribuição com o empréstimo da licença do software ETAP versão 7.1.0 para que as simulações pudessem ser realizadas.
A todos os professores e funcionários que trabalharam para a realização do curso de Especialização em Instalações Elétricas Prediais.
E a todos aqueles que de forma direta ou indireta contribuíram para que pudesse
chegar aos resultados obtidos.
RESUMO
A energia elétrica gerada nas usinas hidrelétricas ou termoelétricas é controlada
através de um conjunto de equipamentos de proteção, controle e seccionamento que juntos
caracterizam uma subestação de energia, de forma a garantir confiabilidade, segurança e um
nível de qualidade satisfatório. Para atender a todos estes requisitos, vários critérios e normas
devem ser seguidos levando-se em conta a necessidade de cada instalação e o custo de
implantação do sistema. De toda forma, uma subestação sempre passa pelo campo da
necessidade do cliente, pelas características físicas destinadas ao seu fim, pela sua localização
em relação aos demais prédios da edificação, pela segurança dos equipamentos instalados e,
principalmente, pela segurança dos seus operadores. O correto dimensionamento físico do
abrigo ou da estrutura de sustentação da subestação, o correto cálculo de corrente de curto-
circuito da instalação e uma proteção elétrica bem coordenada e eficiente garantem um bom
nível de segurança de uma subestação, seja ela de média ou alta tensão. Nesta monografia será
desenvolvido um estudo básico sobre subestações de média tensão para cargas de até 5,0
MVA.
ABSTRACT
The electricity generated in hydroelectric and thermoelectric plants are controlled by a set of protective equipment, control and switching that together characterize a power substation to ensure the reliability, security and a satisfactory level of quality in the system.
To meet all these requirements, criteria and standards should be followed taking into account
the need for each installation and the cost of deploying the system. In every way, a substation
where the field is the need of the client, the physical characteristics for their purpose, by its
location in relation to other buildings of the building for safety equipment and, especially, for
the safety of their operators. The correct sizing of the physical structure of the shelter or
support of the substation, the correct calculation of current short-circuit protection of
electrical installation and a well coordinated and efficiently provide a good level of safety of a
substation, it is the medium or high voltage. This monograph will develop a basic study on
medium voltage for the substation loads of up to 5.0 MVA.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 - Participação dos estados na geração de energia elétrica (ANEEL, 2009) ... 19
Figura 1.2 – Sistema simplificado de GTD de energia elétrica ... 20
Figura 3.1 - Componentes genéricos de uma entrada de energia ... 28
Figura 3.2 - Subestação abrigada em alvenaria – cubículos de medição, proteção e transformação .... 32
Figura 3.3 – Subestação blindada em cubículo metálico (Beghim, 2009) ... 33
Figura 3.4 - Subestação ao tempo de 112,5 kVA instalada em poste ... 35
Figura 3.5 - Subestação ao tempo de 300 kVA instalada em postes em estrutura H ... 35
Figura 3.6 - Localização da subestação em relação à edificação (MAMEDE, 2007) ... 37
Figura 4.1 - Chave fusível MT para distribuição – instalação externa (Balestro, 2009) ... 39
Figura 4.2 - Chave seccionadora com abertura sem carga (Beghim, 2009) ... 40
Figura 4.3 - Chave seccionadora com abertura sob carga sem base fusível (Beghim, 2009) ... 41
Figura 4.4 - Chave seccionadora com abertura sob carga com base fusível (Beghim, 2009) ... 41
Figura 4.5 - Fusível de MT limitador de corrente HH (Dreyffus, 2009) ... 43
Figura 4.6 - Curva tempo-corrente fusível HH de Média Tensão (Dreyffus, 2009) ... 43
Figura 4.7 - Elos fusíveis modelos H, K, T, EF e olhal (Delmar, 2009) ... 46
Figura 4.8 - Disjuntor de MT com extinção a PVO (Beghim, 2009) ... 49
Figura 4.9 - Disjuntor de MT com extinção a vácuo com manobra lateral (Beghim, 2009) ... 49
Figura 4.10 - Disjuntor de MT com extinção a vácuo com manobra frontal (Beghim, 2009) ... 50
Figura 4.12 - Pára-Raios de distribuição de MT (Balestro, 2009) ... 52
Figura 4.13 - Transformador de corrente MT (Seedel, 2009) ... 53
Figura 4.14 - Transformador de potencial MT (Seedel, 2009)... 53
Figura 4.15 – Esquema de ligação das bobinas em triângulo... 55
Figura 4.16 – Esquema de ligação das bobinas em estrela... 56
Figura 4.17 - Transformador de potência com óleo isolante (Comtrafo, 2009) ... 57
Figura 4.18 - Transformador de potência com isolante a seco (Comtrafo, 2009) ... 58
Figura 5.1 - Proteção de sobrecorrentes – TC e Relés ... 67
Figura 5.2 – Curvas tempo-corrente de disjuntor de baixa tensão (O Setor Elétrico, 2009) ... 73
Figura 5.3 - Curvas típicas IEC NI, MI, EI, TD - simulado no ETAP 7.1.0 ... 75
Figura 5.4 - Princípio da seletividade ... 77
Figura 5.5 - Seletividade fusível x fusível - simulado no ETAP 7.1.0 ... 79
Figura 5.6 - Seletividade relé x fusível - simulado no ETAP 7.1.0 ... 80
Figura 5.7 - Seletividade relé x relé – simulado no ETAP 7.1.0 ... 81
Figura 5.8 - Proteção de transformador – pontos ANSI e INRUSH - simulado no ETAP 7.1.0 ... 84
Figura 5.9 - Detalhe da instalação correta de cabos blindados em TC ... 89
Figura 6.1 - Curva de Comportamento da Tensão e Corrente do Pára-Raio (Fonte: TARGET) ... 95
Figura 6.2 - Malha de aterramento – configuração para subestações... 99
Figura 7.1 - Trajetória de circulação de ar refrigerante ... 105
Figura 7.2 - Temperatura interna em relação à temperatura externa ... 106
Figura 7.3 - Espaçamentos Mínimos Para Instalações Internas (TARGET, 2005). ... 110
Figura 7.4 - Dimensões de abertura de obstáculos (TARGET, 2005). ... 114
Figura 7.5 - Dimensões do obstáculo (TARGET, 2005) ... 115
Figura 9.1 - Diagrama unifilar... 125
Figura 9.2 - Coordenadograma fase e neutro - simulado no ETAP 7.1.0 ... 130
