elementosdoSEP

(1)

Elementos de Sistema

de Potência

(2)

O objetivo de um sistema de potência é gerar,

transmitir e distribuir a energia elétrica

atendendo a determinados padrões de

disponibilidade, qualidade, confiabilidade,

segurança e custos, com o mínimo impacto

ambiental e pessoal.

(3)

2. Sistema de Potência

Simplificado

DIAGRAMA UNIFILAR DE UM SISTEMA ELÉTRICO COM

(4)

2.1 Geradores

A geração de energia elétrica processa-se pela ação de máquinas elétricas rotativas acionadas mecanicamente por uma máquina primária :

-turbinas hidráulica;

-turbinas a vapor e a gás;

-máquina de combustão interna; -turbinas eólica.

Produzem através de campos de indução

eletromagnéticos, uma onda senoidal de tensão com freqüência fixa e amplitude definida pela classe de tensão do gerador.

(5)

Fotos

(6)

A palavra síncrona significa que o campo girante no entreferro tem a mesma velocidade angular que a do rotor. A freqüência f da tensão induzida é diretamente proporcional ao número de pólos e a velocidade de rotação do rotor. A freqüência é determinada por:

em que ‘p’ é o número de pólos da máquina e ‘n’ o número de rotações por minuto ou velocidade (síncrona) do rotor em rpm.

O circuito equivalente por fase de um gerador síncrono sob condição

de estado permanente é mostrado na figura abaixo.

(7)

Outras Características de um Gerador



As partes principais de um gerador são: rotor e

estator;



os enrolamentos de campo estão situados no rotor e

os enrolamentos de armadura no estator;



Os enrolamentos de armadura de um gerador trifásico

podem ser associados em estrela Y ou triângulo

Δ

. “A

ligação Y é a mais utilizada. O neutro é aterrado

utilizando uma resistência ou reatância para reduzir a

corrente de curto circuito.



Rotores de pólos salientes utilizados em turbinas

hidráulicas de baixa velocidade (entre 50 e 300 rpm)



Rotores de pólos lisos ou simplesmente, rotores

cilíndricos utilizados por turbinas a vapor de alta

(8)

Subestações

(9)

Definição

São pontos de junção de várias linhas de transmissão ou

distribuição.

Com freqüência, constituem uma interface entre dois

subsistemas.

•Subestação de geração: 14kV – 24kV para 138kV – 765kV •Subestação de transmissão: 138kV–765kV para 23kV–138kV •Subestação de distribuição: 23kV–138kV para 4.16kV–

34.5kV

(10)

Funções básicas de uma Subestação

As subestações possuem três funções básicas:

(a) Medição, supervisão, proteção, controle e comando, permitindo manobrar partes do sistema, inserindo ou retirando-as de serviço

– parque de chaveamento.

(b) Elevar ou reduzir tensões do sistema, feito por meio de transformadores – parque de transformação.

(c) Regular tensões do sistema através do emprego de equipamentos de compensação tais como reatores,

capacitores, compensadores estáticos, etc. – parque de regulação.

(11)

Arranjos de Subestação

A denominação arranjo é usada para as formas de se

conectarem entre si as linhas, transformadores e cargas de uma

subestação.

São vários os arranjos ou topologias de barramentos

encontradas nas subestações de transmissão, sub-transmissão e

distribuição, constituindo-se em configurações básicas do tipo:

–

– Barramento simplesBarramento simples –

– Duplo barramento simplesDuplo barramento simples –

– Barramento simples seccionadoBarramento simples seccionado –

– Barramento principal e de transferênciaBarramento principal e de transferência –

– Barramento duplo com um disjuntorBarramento duplo com um disjuntor –

– Barramento duplo com disjuntor duploBarramento duplo com disjuntor duplo –

– Barramento duplo de disjuntor e meioBarramento duplo de disjuntor e meio –

(12)

Os principais fatores que determinam o tipo

de arranjo a ser instalado são:

−

Flexibilidade requerida em termos de

facilidade de manobras

−

Continuidade e confiabilidade em operações

−

Manutenções

_{Manutenções}

−

(13)

Os barramentos são condutores

reforçados, geralmente sólidos e de impedância

desprezível, que servem como centros comuns

de coleta e redistribuição de corrente.

Barramento

(14)

Barramento Simples ou Singelo

É a configuração mais simples, mais fácil de operar e menos onerosa, com um único disjuntor manobrando um único circuito. Todos os circuitos se

conectam a uma mesma barra. Pode ser também a configuração de menor

confiabilidade, uma vez que uma falha no barramento provocará a paralisação

completa da subestação.

A designação de singelo se dá além de uma única barra, um único

disjuntor para cada circuito, i.é., disjuntor singelo.

(15)

CARACTERÍSTICAS

−

− Mais simples, mais econômico, e menos seguroMais simples, mais econômico, e menos seguro −

− Utilizado em instalações de pequena potênciaUtilizado em instalações de pequena potência −

− Recomendável apenas para o caso de se admitir cortes de fornecimento.Recomendável apenas para o caso de se admitir cortes de fornecimento.

 Vantagens:Vantagens:

−

− Instalações simples Instalações simples −

− Manobras simples, Manobras simples, normalmente ligar e normalmente ligar e desligar circuitos desligar circuitos alimentadores alimentadores −

− Custo reduzido.Custo reduzido.

 Desvantagens:Desvantagens:

−

− Falha no barramento ou disjuntor resulta no Falha no barramento ou disjuntor resulta no desligamento da subestação.

desligamento da subestação.

−

− A ampliação do barramento não pode ser A ampliação do barramento não pode ser realizada sem a completa desenergização da

realizada sem a completa desenergização da

subestação.

−

− Pode ser usado apenas quando cargas podem Pode ser usado apenas quando cargas podem ser interrompidas ou se tem outras fontes

ser interrompidas ou se tem outras fontes

durante uma interrupção.

−

− A manutenção de disjuntor de alimentadores A manutenção de disjuntor de alimentadores interrompe totalmente o fornecimento de

interrompe totalmente o fornecimento de

energia para os consumidores correspondentes.

(16)

Duplo Barramento Simples

É indicado para instalações consumidoras com grupos de

carga essenciais e não prioritárias.

(17)

CARACTERÍSTICAS

−

− Indicado para instalações consumidoras que requerem alta confiabilidade para cargas Indicado para instalações consumidoras que requerem alta confiabilidade para cargas essenciais;

essenciais;

−

− Aceitam desligamentos rotineiros para cargas não essenciais.Aceitam desligamentos rotineiros para cargas não essenciais. −

− Encontradas nas subestações consumidoras do tipo hospital, hotel e muitos tipos de indústria.Encontradas nas subestações consumidoras do tipo hospital, hotel e muitos tipos de indústria.

−

− Flexibilidade de conexão de Flexibilidade de conexão de circuitos para a outra barra;

circuitos para a outra barra;

−

− Qualquer disjuntor pode ser Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para

retirado de serviço para

manutenção;

−

− Fácil recomposiçãoFácil recomposição

−

(18)

Barramento Simples Seccionado

O arranjo de barramento simples com disjuntor de junção ou

barra seccionada consiste essencialmente em seccionar o

barramento para evitar que uma falha provoque a sua completa

paralisação, de forma a isolar apenas o elemento com falha da

subestação. Quando está sendo feita a manutenção em um

disjuntor o circuito fica desligado.

(19)

CARACTERÍSTICAS

−

− Presença de um disjuntor de barraPresença de um disjuntor de barra −

− Flexibilidade para manobras no ato da manutenção.Flexibilidade para manobras no ato da manutenção.

−

− Maior continuidade no Maior continuidade no fornecimento;

fornecimento;

−

− Maior facilidade de execução Maior facilidade de execução dos serviços de manutenção;

dos serviços de manutenção;

−

− Este arranjo pode (é indicado Este arranjo pode (é indicado para) funcionar com duas (ou

para) funcionar com duas (ou

mais) fontes de energia;

−

− Em caso de falha da barra, Em caso de falha da barra, somente são desligados os

somente são desligados os

consumidores ligados à seção

afetada.

−

− A manutenção de um disjuntor deixa A manutenção de um disjuntor deixa fora de serviço a linha

fora de serviço a linha

correspondente;

−

− Esquema de proteção é mais Esquema de proteção é mais complexo.

(20)

Barramento Principal e de Transferência

O barramento principal da subestação é ligado a

um barramento auxiliar através de um disjuntor de

transferência. O disjuntor de transferência substituirá

então um disjuntor de linha quando este último estiver

desligado para fins de manutenção.

(21)

CARACTERÍSTICAS

Para energização do barramento de transferência, a seqüência de

chaveamento é tal que se fecham as chaves seccionadoras dos circuitos juntos

ao barramento de transferência juntamente com aquelas do vão paralelo. Em

seguida liga-se o disjuntor do vão paralelo fazendo com que o barramento

passe a ser energizado.

Para manutenção de qualquer dos disjuntores dos circuitos representados, de

chegada e saída, o caminho alternativo de proteção é através do disjuntor do

vão paralelo.

Para desenergização do barramento principal procede-se primeiramente a

abertura dos disjuntores dos circuitos e do vão paralelo para em seguida abrir

as chaves seccionadoras.

Vantagens:

−

− Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção.Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção. Desvantagens:

Desvantagens:

−

(22)

Barramento Duplo com um Disjuntor

Arranjo para instalações de grande porte e importância. A

manutenção é feita sem a perda dos circuitos de linha de saída.

Cada linha pode ser conectada a qualquer barra.

Características:

− Aplica-se em instalações de grande potência

− Continuidade de fornecimento

− Utilizado em subestações de UHV (ultra-alta tensão).

Vantagens:

− Arranjo mais completo − Muito mais flexível

(23)

Barramento de Disjuntor e meio

Para subestação de transmissão, a configuração “disjuntor

e meio” é a solução tradicional utilizada na maioria dos países.

No arranjo em disjuntor e meio são três disjuntores em

série ligando uma barra dupla, sendo que cada dois circuitos são

ligados de um lado e outro do disjuntor central de um grupo.

Três disjuntores protegem dois circuitos (isto é, existem 1½

disjuntores por circuito) em uma configuração com dois

barramentos. Neste caso, como existem duas barras, a

ocorrência de uma falha em uma delas não provocará o

desligamento de equipamento, mas apenas retirará de operação

a barra defeituosa.

(24)

CARACTERÍSTICAS

−

− Equivalente ao barramento duplo anterior, mas com uma Equivalente ao barramento duplo anterior, mas com uma importante simplificação;

importante simplificação;

−

− Utilização de um disjuntor e meio para cada entrada e saída, ao Utilização de um disjuntor e meio para cada entrada e saída, ao contrário de dois disjuntores por circuito no arranjo anterior;

contrário de dois disjuntores por circuito no arranjo anterior;

−

− Mais econômico e tem praticamente a mesma confiabilidade;Mais econômico e tem praticamente a mesma confiabilidade; −

− É mais utilizado no Brasil nos sistemas de 500 kV e 765 kV.É mais utilizado no Brasil nos sistemas de 500 kV e 765 kV.



Vantagens:

−

− Maior flexibilidade de Maior flexibilidade de manobra

manobra

−

− Rápida recomposiçãoRápida recomposição

− Falha em um dos

− Grande número de operações envolvidas no ato de

chaveamento e religamento dos equipamentos evolvidos.

(25)

Barramento em Anel

Barramento que forma um circuito fechado por meio de

dispositivos de manobras. Este esquema também seciona o

barramento, com menos um disjuntor, se comparada com a

configuração de barramento simples seccionado.

O custo é aproximadamente o mesmo que a de

barramento simples e é mais confiável, embora sua operação seja

mais complicada.

Cada equipamento (linha, alimentador, transformador) é

alimentado por dois disjuntores separados. Em caso de falha,

somente o segmento em que a falha ocorre ficara isolado.

A desvantagem é que se um disjuntor estiver desligado

para fins de manutenção, o anel estará aberto, e o restante do

barramento e os disjuntores alternativos deverão ser projetados

para transportar toda a carga. Cada circuito de saída tem dois

caminhos de alimentação, o tornado mais flexível.

(26)



Vantagens:

−

− Flexibilidade na manutenção dos disjuntores;Flexibilidade na manutenção dos disjuntores; −

− Grande confiabilidade.Grande confiabilidade.

−

− Se uma falta ocorre durante a manutenção de um disjuntor o anel pode ser Se uma falta ocorre durante a manutenção de um disjuntor o anel pode ser separado em duas seções;

(27)

Equipamentos de Subestação

São vários os equipamentos existentes em uma subestação,

tais como:

−

− BarramentosBarramentos −

− Linhas e alimentadoresLinhas e alimentadores −

− Equipamentos de disjunção: disjuntores, chaves, Equipamentos de disjunção: disjuntores, chaves, religadores.

religadores.

−

− Equipamentos de transformação: transformadores de Equipamentos de transformação: transformadores de

potência, transformadores de instrumentos – transformador

de potencial e de corrente, e transformador de serviço.

−

− Equipamentos de proteção: relés (primário, retaguarda e Equipamentos de proteção: relés (primário, retaguarda e auxiliar), pára-raios e malha de terra.

auxiliar), pára-raios e malha de terra.

−

(28)

Identificação dos

Equipamentos de Subestação

Em uma subestação cada equipamento é

identificado por um código que identifica o tipo

de equipamento, faixa de tensão, e a posição

dentro da subestação.

A nomenclatura mais usual utilizada nos

diagramas unifilares, em geral é constituída de

quatro dígitos XYZW.

(29)

Primeiro dígito X

Indica o tipo de equipamento:

0 Equipamento não interruptor (trafo, reator, linha, gerador, etc.) 1 Disjuntor

2 Religador

3 Chave seccionadora 4 Chave fusível

5 Chave a óleo

6 Chave de aterramento rápido 7 Pára-raio

8 Transformador de potencial (TP) 9 Transformador de corrente (TC)

(30)

Segundo dígito Y

Define a tensão de operação do equipamento, sendo que

no caso de transformadores será considerada a maior

tensão de operação.

Abaixo as faixas mais usuais e as cores utilizadas nos

diagramas unifilares.

(31)

O terceiro e quarto dígito Z W

O terceiro dígito Z indica o tipo de equipamento, enquanto o quarto

dígito W indica a seqüência ou posição do equipamento.

(32)

Observações

As letras (C, F, I, J, L, M, N, P, S, V e Y) são utilizadas para

nomear linhas de transmissão ou de distribuição, guardando,

quando possível associação ao nome da instalação.

O quinto caractere é um traço de união (-). Quando existirem

dois equipamentos similares na mesma tensão de operação

conectados a um terceiro equipamento estes serão identificados

através do 6° caractere.

Obs.: no caso dos geradores, o valor da tensão de geração é

especificado no diagrama unifilar.

(33)

Elementos de Se´s

As subestações (SE) são compostas por conjuntos de elementos, com

funções específicas no sistema elétrico, denominados vãos (

funções específicas no sistema elétrico, denominados vãos (baysbays) que ) que permitem a composição da subestação em módulos.

permitem a composição da subestação em módulos.

As SE distribuidoras, usualmente, são compostas pelos seguintes vãos:

entrada de linha (EL); saída de linha (SL); barramentos de alta e média

tensão (B2 e B1); vão de transformação (TR); banco de capacitor ou

vão de regulação (BC) e saída de alimentador (AL).

Cada vão da subestação deve possuir dispositivos de proteção (relés) e

equipamento de disjunção com a finalidade de limitar os impactos

proporcionados por ocorrências no sistema elétrico tais como:

descargas atmosféricas, colisão, falhas de equipamentos,

curtos-circuitos, etc.