Aula 06 - Esquemas Elétricos Básicos das Subestações Elétricas

CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELTRICA


CONSIDERAES INICIAIS

AULA 6 Esquemas Eltricos Bsicos das Subestaes Eltricas

Quando planejamos construir uma subestao, o aspecto de maior importncia est na escolha (e, conseqentemente, da definio) do chamado esquema eltrico. Este, nada mais do que um diagrama unifilar simplificado da subestao que inclui, basicamente, os dispositivos de chaveamento (manobras) e de proteo principais.



FATORES CONSIDERADOS NA ESCOLHA DO ESQUEMA ELTRICO DA SUBESTAOUma escolha criteriosa leva em conta vrios fatores, muitos deles inter-relacionados e nem sempre separveis. So eles:

FATORES Tcnicos

ASPECTOS RELEVANTES Continuidade de suprimento, requisitos operacionais e de manuteno Disponibilidade financeira, custos de implantao e de manuteno, custo das perdas, custos das interrupes de servio rea necessria, condies climticas e ambientais, implicaes ecolgicas e estticas Predominantes em empreendimentos pioneiros ou de interesse pblico Previso para uma expanso futura da subestao

Econmicos Locais Polticos e Sociais Ampliaes



FATORES TCNICOS O fornecimento ininterrupto de energia e o custo de implantao so motivos para uma anlise custo x benefcio. A continuidade no fornecimento a uma determinada carga afetada pelo nmero de interrupes em um determinado perodo, bem como a sua durao. A continuidade no fornecimento no depende apenas da subestao em si, mas tambm dos circuitos, LTs etc. a ela conectados.

FATORES TCNICOS (Cont.)Algumas questes de ordem tcnica so importantes: Os circuitos ligados subestao permitem desligamento para manuteno do disjuntor respectivo na periodicidade desejada? No caso de uma falta em um equipamento do circuito, este pode permanecer desligado at que seja consertado ou substitudo? Em caso negativo, possvel uma interrupo momentnea para manobra de um equipamento reserva?



FATORES ECONMICOSCusto do Investimento (excluindo-se o custo do terreno)

FATORES ECONMICOS (cont.)Custo das interrupes

Equipamentos principais de AT Sistemas de proteo, controle e medio Obras civis, estruturas e conexes de AT Montagens eletromecnicas Custo das Perdas

48 a 55% 15 a 25% 20 a 30% Aprox. 10% Para concessionrias

Reduo de receita Penalidades Mau relacionamento com os consumidores

Desprezvel nas subestaes de manobra, sem transformao Considervel onde haja potncias de transformao de valores significativos

Perda de produo Para consumidores industriais Deterioramento dos insumos da produo Danos nos equipamentos fabris



FATORES LOCAISEsquema eltrico mais complexo rea Necessria Necessidade de maior rea

FATORES POLTICOS E SOCIAISSubordinam-se aos interesses do governo

Polticos Regies com poluio Condies Climticas e Ambientais Desligamento peridico para limpeza (ex.: fbricas de cimento) Zonas urbanas Implicaes Ecolgicas / Estticas Requisitos arquitetnicos / paisagsticos

Sociais

Necessidades decorrentes do crescimento demogrfico associadas economia



FATORES ASSOCIADOS S AMPLIAES / EXPANSES DA SUBESTAOO conhecimento prvio das possveis expanses / ampliaes facilita a implantao dos esquemas eltricos em todas as etapas, sem obras complexas e sem interrupo no fornecimento de energia. Ampliaes / Expanses Futuras Um bom planejamento deve permitir a evoluo desde um esquema eltrico simples at um estgio complexo, de forma satisfatria e confivel. Se a expanso / ampliao no tiverem sido previstas, pelo menos deve haver disponibilidade de rea para efetiv-las.

ESQUEMAS ELTRICOS USUAIS PARA SUBESTAES DE ALTA TENSO



REPRESENTAO GRFICA DOS ESQUEMAS ELTRICOS Usualmente os esquemas eltricos contemplam apenas: Entradas e sadas de linhas (fontes e alimentaes) Chaves seccionadoras (manobras) Disjuntores (manobras e proteo) Barramentos (interligaes) Existindo a transformao da tenso, os transformadores conectam mais de um esquema eltrico nas diferentes tenses.

ESQUEMA ELTRICO COM BARRA SIMPLES



CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO COM BARRA SIMPLESBaixo investimento inicial Mxima simplicidade Boa facilidade de identificao dos circuitos Baixa confiabilidade Permite ser ampliada para um esquema mais complexo Baixa flexibilidade Requer desligamento total na barra para manuteno ou ampliao O uso de by pass s admissvel e vantajoso em casos particulares (especficos), onde no complique demasiado os circuitos de proteo Permite sadas de linha em qualquer direo, sem cruzamentos (desde que as expanses / ampliaes tenham sido previstas) Requer rea mnima de ptio para arranjo fsico

EXEMPLO DE BARRA SIMPLES EM SUBESTAES



ESQUEMA ELTRICO COM BARRA SIMPLES SECCIONADA

CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO COM BARRA SIMPLES SECCIONADAInvestimento maior em relao ao esquema eltrico com barra simples O seccionamento aumenta rea de ptio Permite manter a metade da subestao em operao por ocasio de uma falha (ou manuteno) na barra Permite ampliao da barra (desde que operando apenas com a metade da subestao) Permite a distribuio a partir de duas fontes de suprimento e um bom nmero de sadas Quando ocorre uma falha, o nmero de consumidores atendidos que sofre com a interrupo reduzido



ESQUEMA ELTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR SIMPLES

CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR SIMPLESPermite manter toda subestao em operao durante a manuteno de uma barra (A) ou (B) Permite manter toda subestao em operao durante a manuteno da interligao Permite manter toda subestao em operao durante as ampliaes Se as conexes barra no forem todas elas do mesmo lado, a rea de ptio aumenta em relao ao esquema eltrico com barra simples uma soluo vantajosa caso haja previso de servio em separado das barras O custo em relao ao esquema eltrico com barra simples maior em funo da maior rea de ptio requerida



EXEMPLO DE BARRA DUPLA EM SUBESTAES

ESQUEMA ELTRICO COM BARRA DUPLA, DISJUNTOR SIMPLES E BY PASS



CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO COM BARRA DUPLA, DISJUNTOR SIMPLES E BY PASSO by pass permite efetuar a manuteno do disjuntor (utilizando-se o disjuntor de interligao) sem desligar o circuito de sada O custo superior ao do esquema barra dupla com disjuntor simples (mais equipamentos, mais conexes, etc.) Requer um complicado sistema de proteo e intertravamento Embora esse esquema tenha sido utilizado no s no Brasil mas tambm no exterior, no de todo recomendvel pelas caractersticas acima mencionadas

ESQUEMA ELTRICO COM BARRAS PRINCIPAL E DE TRANSFERNCIA



CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO COM BARRAS PRINCIPAL E DE TRANSFERNCIAFacilidade em permitir que o disjuntor (um de cada vez) seja substitudo ou dada manuteno sem desligamento da carga Facilidade de by pass dos disjuntores Requer um quantitativo menor de seccionadoras em relao ao esquema anterior

ESQUEMA ELTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR DUPLO



CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR DUPLONo requer disjuntor de interligao entre barras Permite a manuteno do disjuntor sem desligamento na sada respectiva Custo mais elevado em relao aos esquemas anteriores, uma vez que o nmero de disjuntores maior (fator negativo para a escolha) Do ponto de vista de defeitos ou manuteno nas barras o desempenho satisfatrio pois as sadas podem ser mantidas ligadas a ambas barras, nada se perdendo ao desligar uma delas

ESQUEMA ELTRICO DISJUNTOR E MEIO



CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO DISJUNTOR E MEIOCada par de circuitos est em uma seo de barra separada e h trs conjuntos de disjuntor + chaves para cada dois circuitos Costuma dar boa confiabilidade. Tem sido muito empregado no Brasil e nos Estados Unidos para subestaes de EAT Aplicvel a um mnimo de 4 sadas (melhor seriam 6), podendo se planejar um esquema inicialmente em anel para posteriormente transform-lo em disjuntor e meio nas ampliaes Os equipamentos devem suportar a corrente de carga de duas sadas (disjuntor + chaves)

CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO DISJUNTOR E MEIO (cont.)Opera com qualquer um dos pares de circuito separados do restante do esquema Do ponto de vista de visualizao bastante complexo, uma vez que cada disjuntor no est associado a apenas uma sada Recomendado para subestaes que manipulem grandes blocos de energia, devido alta segurana contra perda de carga O esquema como um todo vlido somente para disjuntores com TCs em ambos os lados. Caso seja utilizado apenas um TC por disjuntor, perde-se as vantagens do esquema, pois pode ser desligado individualmente um elemento a mais para certos tipos de defeito.



CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO DISJUNTOR E UM TERO ESQUEMA ELTRICO DISJUNTOR E UM TERO

Apresenta uma maior complexidade no seu arranjo fsico Exige uma maior rea de ptio Maior flexibilidade em relao ao esquema eltrico disjuntor e meio Pouco usado e pouco recomendvel



ESQUEMA ELTRICO BARRA DUPLA 4 CHAVES

CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO BARRA DUPLA 4 CHAVESMais apropriado para sistemas de suprimento altamente interconectados Cada circuito tem a capacidade de se conectar a uma ou outra barra A seleo de barra pode ser feita sob carga A ocorrncia de uma falha na barra leva perda de todos os circuitos conectados barra sob falha Os circuitos com defeito podem ser transferidos para a barra s e restabelecidos Neste esquema eltrico, apenas a barra B pode ser utilizada como barra de transferncia



ESQUEMA ELTRICO BARRA DUPLA 5 CHAVES

CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO BARRA DUPLA 5 CHAVESMais apropriado para sistemas de suprimento altamente interconectados Cada circuito tem a capacidade de se conectar a uma ou outra barra A seleo de barra pode ser feita sob carga A ocorrncia de uma falha na barra leva perda de todos os circuitos conectados barra sob falha Os circuitos com defeito podem ser transferidos para a barra s e restabelecidos Neste esquema eltrico, ambas as barras (A e B) podem ser utilizadas



ESQUEMA ELTRICO COM BARRA EM ANEL SIMPLES

CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO COM BARRA EM ANEL SIMPLESAplicvel somente para um pequeno nmero de sadas pois, quando um disjuntor estiver em manuteno, a abertura do outro disjuntor no adjacente ir dividir o anel, podendo causar srias perturbaes no sistema Requer seccionador de isolamento em todas as sadas, de modo a permitir a recomposio do anel caso seja necessrio deixar uma sada desligada provisoriamente Assim como em qualquer circuito em anel, todos os elementos desse circuito devero ser dimensionados para suportar a corrente total da instalao e no apenas para cada sada em particular Requer o uso de apenas um disjuntor por circuito Cada circuito de sada permite dois caminhos de alimentao, tornando-o mais flexvel Requer maior rea de ptio em relao ao esquema de barra simples equivalente



ESQUEMA ELTRICO ANEL MLTIPLO OU MODIFICADO

CARACTERSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELTRICO ANEL MLTIPLO OU MODIFICADOMelhora a confiabilidade em relao ao anel simples, porm, em alguns casos de desligamento de um disjuntor como o outro fora de servio, pode tambm dividir o anel em duas partes Valem as mesmas caractersticas apontadas para o anel simples quanto s sadas e o dimensionamento do anel Do ponto de vista operacional, sua visualizao mais complexa, estando cada disjuntor associado a duas sadas, havendo certas sadas ligadas a at 3 disjuntores Permite arranjos mais compactos e de maior flexibilidade na disposio do equipamento em relao aos esquemas com barras principais.



ARRANJO HBRIDO a combinao de diferentes arranjos em uma subestao, seja por superposio de dois esquemas eltricos, ou por adoo de diferentes arranjos em circuitos individuais; Geralmente possui alto custo; A multiplicidade de procedimentos de operao e manuteno pode conduzir a uma m operao e reduo da segurana; Normalmente no recomendado.

PROCEDIMENTOS DE REDE - ONS Configuraes de barras para novas subestaes: Ptio de 765, 500, 440, e 345 kV: arranjo barra dupla com disjuntor e meio; Ptios 230 e 138 kV: arranjo barra dupla com disjuntor simples e quatro chaves. So permitidas variantes destas configuraes, desde que: Possa evoluir para os padres citados anteriormente; Atenda aos requisitos mnimos do sistema de proteo, superviso/controle e de telecomunicaes do mdulo 2.5 do Procedimento de Rede do ONS; Tenha desempenho, comprovado, igual ou superior aos padres estabelecidos.



EXEMPLO DE UM ESQUEMA ELTRICO COMPLETO (DIAGRAMA UNIFILAR OPERACIONAL)

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