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Subestaes Eltricas
Gustavo Luiz Castro de Oliveira Muzy
Rio de Janeiro
Fevereiro de 2012
Projeto de Graduao apresentado ao curso de
Engenharia Eltrica da Escola Politcnica, da
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte
dos requisitos necessrios obteno de grau de
Engenheiro Eletricista.
Orientador: Antnio Carlos Siqueira de Lima, D. Sc.
ii
Subestaes Eltricas
Gustavo Luiz Castro de Oliveira Muzy
PROJETO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO
DE ENGENHARIA ELTRICA DA ESCOLA POLITCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE
ENGENHEIRO ELETRICISTA.
Examinada por:
_________________________________
Prof. Antonio Carlos Siqueira de Lima, D.Sc.
(Orientador)
_________________________________
Prof. Sergio Sami Hazan, Ph.D.
_________________________________
Prof. Jorge Nemsio Sousa, M.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
iii
FEVEREIRO DE 2012
AGRADECIMENTOS
minha famlia, por ter me proporcionado toda a estrutura emocional e
meios de continuar meus estudos at aqui.
Ao meu orientador, Professor Antnio Carlos Siqueira de Lima, pela
disponibilidade em tirar quaisquer dvidas que eu tivesse, pelos
conhecimentos passados e, principalmente, por me incentivar,
renovando a minha determinao em terminar o projeto.
A todos os meus amigos, pelos bons momentos proporcionados, pela
pacincia, pelo companheirismo nos momentos difceis e por
acreditarem e torcerem pelo meu sucesso.
Telvent que me mostrou a Engenharia como profisso, concretizando
a minha escolha de ser engenheiro.
Finalmente, a todos aqueles que esto ou estiveram diretamente ou
indiretamente ligados minha formao como Engenheiro Eletricista.
iv
Muzy, Gustavo Luiz Castro de Oliveira
Consolidao de Material Didtico para a Disciplina de
Subestaes Eltricas / Rio de Janeiro: UFRJ / Escola
Politcnica / Departamento de Engenharia Eltrica, 2012.
XII, 120 p.: il. 29,7 cm.
Orientador: Antnio Carlos Siqueira de Lima
Projeto de Graduao UFRJ / Escola Politcnica /
Departamento de Engenharia Eltrica, 2012.
Referncias Bibliogrficas: p. 120-121
1. Classificao das Subestaes. 2. Tipos de
Equipamentos. 3. Subestaes Isoladas a Ar. 4.
Subestaes Isoladas a SF6. 5. Automao de Subestaes
I. Siqueira de Lima, Antnio Carlos. II. Universidade Federal do
Rio de Janeiro. III. Escola Politcnica. IV. Departamento de
Engenharia Eltrica. V. Ttulo
v
Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica /
UFRJ como parte dos requisitos para a obteno do grau de Engenheiro
Eletricista.
Subestaes Eltricas
Gustavo Luiz Castro de Oliveira Muzy
Fevereiro / 2012
Orientador: Antnio Carlos Siqueira de Lima
Curso: Engenharia Eltrica
Este trabalho consiste em um estudo detalhado das Subestaes
Eltricas, reportando seus diversos tipos, suas formas de operao e
manuteno.
Foi abordada uma introduo, explicando os conceitos bsicos de uma
Subestao Eltrica, alm das possveis formas de classificao.
Posteriormente foi feita uma abertura no projeto, quanto ao tipo de
material isolante, separando as mesmas por isoladas a ar atmosfrico e
a SF6. Foi realizado tambm um estudo resumido dos principais tipos de
equipamentos que formam esses sistemas eltricos; e por ltimo uma
introduo automao das subestaes, sendo explorados alguns
conceitos de digitalizao de subestaes.
vi
Abstract of Undergraduate Project presented to Poli / UFRJ as a partial
fulfillment of requirements for the Degree of Electrical Engineer.
Consolidation of Educational Material for the Electrical Equipment Discipline
Electrical Substations
Gustavo Luiz Castro de Oliveira Muzy
February / 2012
Advisor: Antnio Carlos Siqueira de Lima
Course: Electrical Engineering
This work consists of a detailed study of Electrical Substations, reporting
its various types, their forms of operations and maintenance.
It addressed an introduction, explaining the basics of an Electrical
Substation, besides the possible forms of classification. Later he was
made an opening in the project, the type of insulating material,
separating them by a single atmospheric air and SF6. Was also carried
out a study summary of the main types of equipment that make up these
electrical systems, and finally an introduction to the automation of
substations. Some concepts being explored scanning substations.
vii
SUMRIO
Lista das Principais Siglas .................................................................................................. ix
Lista de Figuras .................................................................................................................. x
Lista de Tabelas .............................................................................................................. xiii
Lista de Abreviaturas e Siglas ......................................................................................... xiv
1 Introduo .................................................................................................................. 1
1.1 Objetivos ............................................................................................................. 1
1.2 Estrutura de Estudo ............................................................................................. 1
1.3 Proposta .............................................................................................................. 2
1.4 Motivao ............................................................................................................ 2
1.5 Relevncia do Estudo .......................................................................................... 2
1.6 Limitaes de Estudos ........................................................................................ 2
2 Introduo a Subestaes .......................................................................................... 3
2.1 Introduo ........................................................................................................... 3
2.2 Macro Classificaes de uma Subestao ........................................................... 4
3 Classificao das Subestaes .................................................................................... 6
3.1 Quanto ao nvel de Tenso .................................................................................. 6
3.2 Quanto Relao Entre os Nveis de Tenso de Entrada e Sada ....................... 8
3.3 Quanto Funo ao Sistema Eltrico Global: ................................................... 10
3.4 Quanto ao Tipo de Instalao ........................................................................... 11
3.5 Quanto ao Tipo Construtivo de Equipamentos: ................................................ 12
3.6 Quanto Modalidade de Comando .................................................................. 14
4 Tipos de Equipamentos de uma Subestao ........................................................... 15
4.1 Transformadores de corrente ........................................................................... 15
4.2 Transformadores de Potencial .......................................................................... 24
4.3 Secionadores ..................................................................................................... 30
4.4 Disjuntores ........................................................................................................ 42
4.5 Pra-raios .......................................................................................................... 46
4.6 Resistores de Aterramento ............................................................................... 47
viii
5 Subestaes Isoladas a Ar Atmosfrico .................................................................... 49
5.1 Introduo ......................................................................................................... 49
5.2 Esquemas Eltricos: Anlises e Comparaes ................................................... 49
5.3 Comparaes ..................................................................................................... 68
6 Subestaes Isoladas a Gs SF6 ................................................................................ 70
6.1 Introduo ......................................................................................................... 70
6.2 Gs SF6 ............................................................................................................... 70
6.3 Construo e Servios das Subestaes a Gs .................................................. 72
6.4 Equipamentos nas Subestaes a Gs .............................................................. 75
6.5 Barra .................................................................................................................. 79
6.6 Conexes SF6 - Ar ............................................................................................... 79
6.7 Pra-Raios .......................................................................................................... 82
6.8 Controle de Sistema .......................................................................................... 83
6.9 Sistema de Monitoramento de Gs .................................................................. 84
6.10 Arranjos Eltricos ............................................................................................ 85
6.11 Aterramento .................................................................................................... 86
6.12 Operaes de Intertravamento ...................................................................... 87
6.13 Vantagens Econmicas das Subestaes a Gs .............................................. 88
7 Automao de subestaes para servios de controle e proteo ......................... 89
7.1 Introduo ......................................................................................................... 89
7.2 Consideraes Fsicas ........................................................................................ 90
7.3 Sistema Proteo x Controle ............................................................................. 91
7.4 Equipamentos.................................................................................................... 91
7.5 Protocolos de Comunicao ............................................................................ 104
8 Concluso ............................................................................................................... 106
9 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................... 107
ix
LISTA DAS PRINCIPAIS SIGLAS
AIS Air Insulated Substation
CLP Controlador Lgico Programvel
ED Entrada Digital
GIS Gas Insulated Substation
GPS Global Positioning System
IED Intelligent Electronic Device
IP Internet Protocol
LLC - Local Control Cabinet
CLP Controlador Lgico Programvel
RDP Registrado Digital de Perturbaes
SAGE Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia
SCADA Supervisory Control and Data Acquisition
SD Sada Digital
SE Subestao
SF6 Hexafluoreto de Enxofre
TC Transformador de Corrente
TCP Transmission Control Protocol
TP Transformador de Potencial
UHV Ultra High Voltage
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Ilustrao do processo de distribuio energtico.........................................3
Figura 2 - Subestao de baixa tenso...........................................................................6
Figura 3 - Subestao de mdia tenso (13,8 kV)..........................................................7
Figura 4 - Subestao de alta tenso (138 kV) de Campo Grande MS..........................7
Figura 5 - Subestao de extra-alta tenso (345 kV) de Irap-MG.................................8
Figura 6 - Subestao de manobra isolada a SF6 ..........................................................8
Figura 7 - Subestao elevadora....................................................................................9
Figura 8 - Subestao abaixadora................................................................................10
Figura 9 - Subestao externa......................................................................................11
Figura 10 - Subestao interna.....................................................................................12
Figura 11 - Subestao convencional...........................................................................13
Figura 12 - Subestao blindada...................................................................................14
Figura 13 Esquema bsico de um transformador de corrente...................................15
Figura 14 - Curva da Corrente do Transformador.........................................................17
Figura 15 Tipo Enrolado.............................................................................................18
Figura 16 Tipo Barra...................................................................................................18
Figura 17 Tipo Janela.................................................................................................19
Figura 18 Tipo Bucha.................................................................................................19
Figura 19 Tipo Ncleo Dividido..................................................................................20
Figura 20 Tipo Pedestal.............................................................................................21
Figura 21 Tipo Invertido..............................................................................................21
Figura 22 Esquema Bsico de um Transformador de Potencial................................26
Figura 23 Circuito de uma Chave de Aterramento Rpido.........................................33
Figura 24 Abertura Vertical.........................................................................................34
Figura 25 Chave de Dupla Abertura Lateral...............................................................35
Figura 26 Chave Tipo Basculante..............................................................................36
Figura 27 Chave Tipo Abertura Lateral......................................................................37
Figura 28 Chave tipo abertura central........................................................................37
Figura 29 Chave tipo abertura simplificada................................................................38
Figura 30 Com Vara de Manobra...............................................................................39
Figura 31 Chave com Fechamento ou Alcance Vertical............................................39
Figura 32 Chave Semi-Pantogrfica..........................................................................40
xi
Figura 33 Barra Simples.............................................................................................49
Figura 34 Esquema de Barra Simples........................................................................50
Figura 35 Disjuntores no Esquema de Barra Simples................................................50
Figura 36 Barra Simples Seccionada.........................................................................52
Figura 37 Disjuntores no Esquema de Barra Simples Seccionada............................53
Figura 38 - Esquema de Barra Principal e Transferncia.............................................54
Figura 39 Disjuntores no Esquema de Barra Principal e Transferncia.....................55
Figura 40 Esquema de Barra Dupla com Disjuntor Simples......................................56
Figura 41 Disjuntores no Esquema de Barra Dupla com Disjuntor Simples..............57
Figura 42 Esquema de Barra com 5 Chaves.............................................................58
Figura 43 Esquema de Barra com 4 Chaves.............................................................59
Figura 44 Barra Dupla com By-Pass 4 Chaves.......................................................59
Figura 45 - Barra Dupla com By-Pass 5 Chaves........................................................60
Figura 46 - Barra Dupla com Disjuntor Duplo................................................................61
Figura 47 Esquema de Disjuntores na Barra com Disjuntores Duplos......................62
Figura 48 - Esquema de Barra Dupla com Disjuntor e Meio.........................................63
Figura 49 Disjuntores no Esquema de Barra com Disjuntor e Meio...........................64
Figura 50 Esquema de Anel Simples.........................................................................65
Figura 51 Disjuntores no Esquema de Anel Simples.................................................66
Figura 52 - Esquema de anis mltiplos.......................................................................67
Figura 53 Composio Qumica do Gs SF6..............................................................71
Figura 54 Composio de Uma Subestao a Gs de 242kV...................................73
Figura 55 Fluoduto de uma Subestao a Gs SF6...................................................75
Figura 56 Transformador de Corrente........................................................................76
Figura 57 Transformador de Potencial.......................................................................76
Figura 58 Transformador de Potencial.......................................................................77
Figura 59 Chaves Interruptoras..................................................................................78
Figura 60 Chaves de Terra.........................................................................................78
Figura 61 Barramento de uma Subestao a Gs.....................................................79
Figura 62 Conexes Ar-SF6........................................................................................80
Figura 63 Formas de Conexes Ar-SF6.....................................................................81
Figura 64 Pra-raios...................................................................................................82
Figura 65 Controle de Subestaes a Gs................................................................84
Figura 66 Esquemas de Arranjos Eltricos................................................................85
Figura 67 Esquemas de Arranjos Eltricos................................................................86
Figura 68 Fluxograma Representativo de uma Automao de Subestao..............90
Figura 69 Rel de Interface........................................................................................92
xii
Figura 70 Rel Digital L90 da GE...............................................................................93
Figura 71 Esquema de Funcionamento de um PLC..................................................99
Figura 72 Tela de um Sistema Unifilar de um Sistema SCADA...............................100
Figura 73 Registros Histricos de um RDP..............................................................102
Figura 74 Multimedidores.........................................................................................102
Figura 75 GPS do Fabricante Reason.....................................................................104
xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 4-1 Classe de exatido dos transformadores de corrente.................................22
Tabela 4-2 Valores aceitveis e recomendveis de classe de exatido.......................23
Tabela 4-3 Cargas nominais para TCs de 5A de corrente secundria pela ABNT.......23
Tabela 4-4 Classe de exatido dos transformadores de Potencial...............................27
Tabela 4-5 Cargas nominais.........................................................................................28
Tabela 4-6 Caractersticas a 60Hz e 120V....................................................................28
Tabela 4-7 Caractersticas a 60Hz e 69,3V...................................................................29
Tabela 4-8 Dimensionamento dos elos fusveis primrios para SEs de 13,8 kV.........42
Tabela 4-9 Mtodos de aterramento de acordo com os nveis de tenso....................48
Tabela 5-1 Comparaes de confiabilidade x custo x rea disponvel dos arranjos das
subestaes..................................................................................................................68
Tabela 7-1 Tabela ANSI de Proteo...........................................................................93
xiv
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
C grau Celsius Unidade de temperatura
Ohm Unidade de resistncia
A Ampre Unidade de corrente eltrica
ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas
AC ou CA Corrente alternada
ANSI American National Standards Institute
atm Atmosfera Unidade de presso
bar Bar Unidade de presso correspondente a 0,987 atm
DC ou CC Corrente contnua
HP Horse Power Unidade de medida de potncia
correspondente a 745,7 W
Hz Hertz Unidade de frequncia
IEC International Electrotechnical Commission
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
K grau Kelvin Unidade para a grandeza temperatura
termodinmica
m Metro unidade de distncia
NBR Sigla de Norma Brasileira aprovada pela ABNT
SF6 Hexafluoreto de enxofre
TTR ou TRV Tenso transitria de restabelecimento
V Volt Unidade de tenso eltrica
W Watt Unidade de medida de potncia
Lbs Libras Unidade de medida de presso
1
1 INTRODUO
1.1 OBJETIVOS
Este trabalho possui como objetivo uma abordagem geral nos conceitos de
subestaes eltricas, explicando o que uma subestao e suas possveis variaes
de acordo com os cenrios existentes. Sero realizados tambm estudos sobre os
tipos de equipamentos que cada uma dessas subestaes possui.
O principal objetivo desse trabalho que alm dos conceitos bsico de uma SE,
seja exemplificado suas possveis variaes e os equipamentos que iro ser utilizados,
de acordo com as caractersticas do sistema e as disponibilidades financeiras e de
espao.
Por fim, comentada a importncia da automatizao de uma SE, por questes
tcnicas de controle e proteo da mesma, fazendo uso da tecnologia da informao.
1.2 ESTRUTURA DE ESTUDO
O captulo 2 apresenta uma subdiviso mais macro das subestaes, utilizando
um ponto de vista de cliente e fornecedor. Com isso, encontram-se quatro tipos
principais: as switchyard, subestao do cliente, estao de comutao e de
distribuio.
O captulo 3 destinado aos tipos de classificao das subestaes, quanto aos
nveis de tenso, relao entre os valores de tenso de entrada e sada, funo no
sistema eltrico, tipo de instalao, tipo construtivo do equipamento e modalidade de
comando.
O quarto captulo aborda os tipos de equipamentos de uma subestao,
comentando sobre transformadores de instrumentos, secionadoras, disjuntores pra-
raios e resistores de aterramento.
O quinto e o sexto captulo so destinados s subestaes isoladas a ar
atmosfrico e a gs SF6, explicando seus conceitos, variaes, vantagens e
desvantagens.
E por ltimo temos um captulo sobre a automao de uma subestao, visando
principalmente os pontos de proteo e controle do sistema eltrico. So abordados
conceitos de rels de proteo e interface, unidades de controle, SCADA e outros
pontos de automao.
2
1.3 PROPOSTA
Este trabalho almeja consolidar o material didtico para a disciplina de
Subestaes Eltricas.
O trabalho tem a inteno de mostrar ao aluno de engenharia eltrica um
material com apresentao concisa e, tambm, facilitar a ao do professor, j que
incorpora seus apontamentos de aula.
1.4 MOTIVAO
Este trabalho foi motivado pela necessidade de se organizar o material didtico
para a disciplina de Subestaes Eltricas, pelo interesse do professor Antnio Carlos
Siqueira de Lima em transformar isso em um tema para trabalho de concluso de
curso e pelo meu interesse sobre o assunto ministrado na disciplina.
1.5 RELEVNCIA DO ESTUDO
A ideia bsica por trs da disciplina de Subestaes Eltricas dar
embasamento para que os alunos possam conhecer a fundo os detalhes das
subestaes e as possveis variaes que possam ser projetadas de acordo com as
condies apresentadas. Os futuros engenheiros devem estar preparados para o
dinamismo do mercado de trabalho e terem a cincia de que no devem somente
conhecer o funcionamento das subestaes, mas tambm entender sua complexidade
de concepo e suas respectivas atuaes.
1.6 LIMITAES DE ESTUDOS
O tema abordado de grande complexidade, at mesmo para os profissionais
mais experientes da rea. A quantidade de material disponvel no to vasta e muito
menos explicativa. Boa parte do material est em notas de aulas do professor Ivan
Hersterg, M.Sc. e no livro MCDONALD, JOHN D., Electric Power Substations
Engineering.
Este trabalho limita-se a apresentar as diversas subestaes, suas
caractersticas construtivas, operacionais e tcnicas e modelos de seus equipamentos.
3
2 INTRODUO A SUBESTAES
2.1 INTRODUO
A vida moderna seria invivel sem o uso da energia eltrica. Como combustvel
bsico do desenvolvimento, ela diretamente proporcional ao aumento populacional e
econmico do planeta. Qualquer grande inveno tecnolgica, ou at mesmo, a maior
parte das mais bsicas que so usadas no dia a dia de cada um, seria impossvel sem
o seu uso. ndices importantes como mortalidade infantil, aumento populacional, e
expectativa de vida aumentaram consideravelmente com seu incio. Com isso, essa
importncia e dependncia da vida moderna com a energia eltrica fazem com que
essa tenha um papel de destaque na sociedade atual.
Para atender ao natural desenvolvimento da sociedade necessrio que as
tcnicas de uso dessa energia caminhem proporcionalmente, com isso indispensvel
uma constante busca do aumento da eficincia, atravs de melhorias das condies
de atendimento ao consumidor. Devido a essas razes, torna-se ento fundamental
um confivel sistema de operao das subestaes.
Figura 1 Ilustrao do Processo de Distribuio Energtico. [2]
4
Subestao um conjunto de equipamentos industriais interligados entre si com
os objetivos de controlar o fluxo de potencia, modificar tenses e alterar a natureza da
corrente eltrica assim como garantir a proteo do sistema eltrico.
Funciona como ponto de controle e transferncia em um sistema de transmisso
eltrica, direcionando e controlando o fluxo energtico, transformando os nveis de
tenso e funcionando como pontos de entrega para consumidores industriais.
Durante o percurso entre as usinas e as cidades, a eletricidade passa por
diversas subestaes, onde os transformadores aumentam ou diminuem a sua tenso.
Ao elevar a tenso eltrica no incio da transmisso, os transformadores evitam a
perda excessiva de energia ao longo do caminho. J, ao rebaixarem a tenso eltrica
perto dos centros urbanos, permitem a distribuio da energia por toda a cidade.
2.2 MACRO CLASSIFICAES DE UMA SUBESTAO
A construo de novas subestaes e ampliao das instalaes existentes so
projetos comuns em empresas de energia eltrica. Engloba um complexo processo e
por isso necessita de um grande nmero de profissionais altamente capacitados, para
que o mesmo possa ser concludo com xito.
Segundo o livro Electric Power Substations Engineering [1], Existem quatro
tipos principais de subestaes eltricas. O primeiro tipo so as switchyard. Estas
instalaes conectam os geradores rede eltrica e tambm fornecem energia em
offsite para a planta. As switchyards tendem a ser grandes instalaes e esto sujeitas
ao planejamento, s finanas e aos esforos de construo diferentes dos projetos de
subestaes de rotina.
Outro tipo de subestao normalmente conhecido como a subestao do
cliente. Este tipo possui um cliente particular como a principal fonte de fornecimento de
energia. Os requisitos tcnicos e o tipo de construo dessa instalao podem variar
bastante, pois depende muito dos requisitos do cliente, mais do que nas necessidades
dos servios pblicos.
O terceiro tipo de subestao envolve uma transferncia de em massa de
energia por toda a rede e referido como uma estao de comutao. Estas estaes
maiores geralmente servem como os pontos finais de linhas de transmisso
provenientes das subestaes switchyards. Fornecem a energia eltrica para os
circuitos que alimentam as estaes de distribuio e so essenciais para a
confiabilidade em longo prazo e para integridade do sistema eltrico. Tambm
permitem que grandes blocos de energia possam ser movidos por geradores aos
5
centros de carga. Essas estaes de comutao so instalaes estratgicas e
geralmente muito caras para se construir e se manter.
O quarto e ltimo tipo de subestao a de distribuio. Estes so os tipos mais
comuns em sistemas de energia eltrica e fornecem os circuitos de distribuio que
abastecem diretamente a clientes diversos. Eles esto normalmente localizados perto
dos centros de carga, o que significa que geralmente esto localizados dentro ou perto
das regies que eles fornecem.
6
3 CLASSIFICAO DAS SUBESTAES
As classificaes mostradas nesse captulo, so baseadas nas notas de aulas
de subestaes eltricas, do professor Ivan Hersterg.
Com isso as subestaes podem ser classificadas como:
3.1 QUANTO AO NVEL DE TENSO
Podem ser classificadas em: Baixa tenso, Mdia tenso, Alta tenso ou Extra-
alta tenso.
3.1.1 BAIXA TENSO
Classificao utilizada para subestaes de nveis de tenso de at 1 kV (Figura
2).
Figura 2 - Subestao de Baixa Tenso. [3]
3.1.2 MDIA TENSO
Classificao utilizada para subestaes com nveis de tenso entre 1 kV e 34,5
kV (tenses tpicas: 6,6 kV; 13,8 kV; 23 kV e 34,5 kV). Como exemplificado na figura 3,
onde se tem uma subestao de 13,8 kV.
7
Figura 3 - Subestao de Mdia Tenso (13,8 kV).[3]
3.1.3 ALTA TENSO
Utilizado para nveis entre 34,5 kV e 230 kV (tenses tpicas: 69 kV; 138 kV; 230
kV). Como exemplificado na figura 4, onde se tem uma subestao de 138 kV.
Figura 4 - Subestao de Alta Tenso. [4]
8
3.1.4 EXTRA-ALTA TENSO
Utilizada para nveis maiores que 230 kV (tenses tpicas: 345 kV; 440 kV; 500
kV; 750 kV). Na figura 5, possvel ver a foto da subestao de Irap (345 kV) em
Minas Gerais.
Figura 5 - Subestao de Extra-Alta Tenso (345 kV) de Irap-MG .[4]
3.2 QUANTO RELAO ENTRE OS NVEIS DE TENSO DE ENTRADA E SADA
Podem ser classificadas em: de manobra, elevadora ou abaixadora.
3.2.1 SUBESTAO DE MANOBRA
aquela que interliga circuitos de suprimento sob o mesmo nvel de tenso,
possibilitando sua multiplicao. tambm adotada para possibilitar o secionamento
de circuitos, permitindo sua energizao em trechos sucessivos de menores
comprimentos. Na figura 6 pode-se ver uma foto de uma subestao de manobra.
Figura 6 - Subestao de Manobra Isolada a SF6.[5]
9
3.2.2 SUBESTAO ELEVADORA
localizada na sada das usinas geradoras. Elevam as tenses para nveis de
transmisso e subtransmisso, visando diminuir a corrente e, consequentemente, a
espessura dos condutores e as perdas. Esta elevao de nvel tenso comumente
utilizada para facilitar o transporte da energia, diminuio das perdas do sistema e
melhorias no processo de isolamento dos condutores. Na figura abaixo, pode-se
observar uma foto de uma subestao elevadora.
Figura 7 - Subestao Elevadora.[6]
3.2.3 ABAIXADORA
Localizada nas periferias dos centros consumidores. Diminuem os nveis de
tenso, para que essa aproxima dos centros urbanos a para evitar inconvenientes
para a populao (rdio interferncia, campos magnticos intensos e faixas de
servido muito grandes). Na figura 8 possvel ver a ilustrao dessa subestao
prxima de uma vista urbana.
10
Figura 8 - Subestao Abaixadora.[7]
3.3 QUANTO FUNO AO SISTEMA ELTRICO GLOBAL:
Esta uma classificao em que, na verdade, o que importa a potncia que
passa por ela, no sendo associada tenso.
Podem ser classificadas em: de transmisso, de subtransmisso ou de
distribuio.
3.3.1 TRANSMISSO
a principal (tronco), a energia sai do gerador e segue para a subestao de
transmisso ou usina eltrica. Utiliza grandes transformadores para elevar a tenso do
gerador at tenses extremamente altas, para transmisso de longa distncia atravs
de rede de transmisso.
3.3.2 SUBTRANSMISSO
H derivaes, anis, diversas linhas e circuitos. Esto ligadas as linhas de
subtransmisso, destinada a transporte de energia eltrica das subestaes de
transmisso para as subestaes de ramificaes.
11
3.3.3 DISTRIBUIO
A potncia levada diretamente ao consumidor (cargas). Recebe energia das
linhas de subtransmisso e as transporta para as rede de distribuio, geralmente com
abaixamento de tenso.
3.4 QUANTO AO TIPO DE INSTALAO
Podem ser classificadas em: externas (cu aberto) ou internas.
3.4.1 EXTERNAS OU A CU ABERTO
So construdas em locais amplos ao ar livre. Requerem emprego de aparelhos
e mquinas prprios para funcionamento em condies atmosfricas adversas (chuva,
vento, poluio etc.), que desgastam os materiais componentes, exigindo, portanto,
manuteno mais frequente e reduzindo a eficcia dos isolamentos. A figura abaixo
mostra uma foto de uma subestao externa, onde se podem observar os
equipamentos sem nenhum tipo de cobertura.
Figura 9 - Subestao Externa [8]
3.4.2 INTERNAS
So construdas em locais abrigados. Os equipamentos so instalados no
interior de construes no estando sujeitos s intempries. Os abrigos podem ser
uma edificao ou uma cmara subterrnea, figura 10. Subestaes abrigadas podem
consistir de cabines metlicas, alm de isoladas a gs, tal como o hexafluoreto de
enxofre (SF6).
12
Figura 10 - Subestao Interna.[9]
3.5 QUANTO AO TIPO CONSTRUTIVO DE EQUIPAMENTOS:
Podem ser classificadas em convencionais, em cabine metlica ou blindadas.
So diferenciadas de acordo com sua potncia instalada, configurao construtiva e
funo no sistema.
3.5.1 CONVENCIONAIS
Foram as primeiras a serem utilizadas e so usadas com maior incidncia. As
subestaes convencionais so instaladas a cu aberto e tm o ar como meio isolante
entre os diversos equipamentos. Por isso, ocupam grande espao fsico. Com o
passar dos anos e em decorrncia do crescimento das aglomeraes urbanas,
detectou-se a necessidade de criar subestaes menores e mais compactas.
13
Figura 11 - Subestao Convencional.
3.5.2 CABINE METLICA OU BLINDADA
Nesse caso, com um meio isolante diferente do ar, a melhor alternativa
encontrada foi o gs hexafluoreto de enxofre (SF6). Nasciam as subestaes
blindadas, onde o isolamento com SF6 feito em ambiente fechado e blindado, o que
permite compactar a instalao, figura 12.
A vantagem da subestao blindada o espao reduzido (podendo chegar a at
10% de uma SE convencional). Alm disso, h baixa manuteno e a operao
segura (inteiramente contidas em invlucros metlicos). Tambm est disponvel em
nveis de tenso de at 500 kV. J a desvantagem est no fato de necessita de
instrumentos e equipamentos especiais para manusear o SF6, pessoal com
treinamento especializado bem como as operaes de chaveamento e manobra no
podem ser visualizadas (apenas supervisionadas por indicadores).
14
Figura 12 - Subestao Blindada. [11]
3.6 QUANTO MODALIDADE DE COMANDO
Podem ser classificadas como: com operador, semiautomatizadas e
automatizadas.
3.6.1 SUBESTAES COM OPERADOR
Exigem alto nvel de treinamento de pessoal e uso de computadores na
superviso e operao. S se justificam para instalaes de maior porte.
3.6.2 SEMIAUTOMATIZADAS
Possuem computadores ou Intertravamentos eletromecnicos que impedem
operaes indevidas por parte do operador local.
3.6.3 AUTOMATIZADAS
So supervisionadas distncia por intermdio de computadores
(telecomandadas).
15
4 TIPOS DE EQUIPAMENTOS DE UMA SUBESTAO
Uma subestao composta por diversos equipamentos, dentre eles se
destacam os disjuntores, chaves secionadoras, transformadores, rels, Controladores
Lgicos Programveis, Pra-raios e resistores de aterramento. Nesse capitulo ser
abordado um pouco mais desses principais equipamentos das subestaes.
4.1 TRANSFORMADORES DE CORRENTE
Devido ao grande desenvolvimento das tecnologias de gerao e distribuio de
energia, em conjunto com grande aumento de consumo, so necessrias informaes
sobre os valores de corrente e tenso cada vez mais precisas.
Para isso, temos os transformadores de instrumentos (corrente e tenso), que
so equipamentos que fornecem valores de corrente e tenso, que se adquam e
respeitam os limites mximos dos demais instrumentos utilizados na subestao,
como os de medio e de proteo.
Os transformadores de corrente possuem a funo de suprir de corrente os
medidores e os equipamentos de medio e proteo, figura 13, com valores
proporcionais aos dos circuitos de potencia, entretanto, respeitando seus limites de
isolamento.
Figura 13 Esquema Bsico de um Transformador de Corrente [18]
Possuem o enrolamento primrio ligado em srie a um circuito eltrico e o
secundrio se limita a alimentar bobinas de corrente dos instrumentos da subestao.
16
Apresentam impedncia, vista pelo lado primrio (lado ligado em srie com o
circuito de alta tenso) desprezvel, se comparada com o lado que est instalado,
mesmo que se leve em considerao a carga que se liga ao seu secundrio.
Como principais objetivos desse equipamento, podem-se citar:
A alimentao dos sistemas de proteo e medio da subestao, com
valores proporcionais, porm que respeitem os limites de isolamento dos
equipamentos.
Compatibilizar isolamento e segurana entre o circuito de alta tenso,
que esto sendo medidos e os instrumentos da subestao.
4.1.1 TIPOS DE TRANSFORMADORES DE CORRENTE
Os transformadores de corrente tm dois tipos principais de servios: medio e
proteo. Com isso, temos dois tipos principais de classificao.
4.1.1.1 TRANSFORMADOR DE CORRENTE PARA SERVIO DE MEDIO
Utilizados para medio de correntes em alta tenso, possuem caractersticas de
boa preciso (0,3% a 0,6% de erro de medio) e baixa corrente de saturao - 4
vezes a corrente nominal.
um equipamento que necessita de uma alta preciso na transformao da
corrente secundria, pois alimenta medidores, muitas vezes de faturamento.
4.1.1.2 TRANSFORMADOR DE CORRENTE PARA SERVIO DE PROTEO
Utilizados para suprir os equipamentos de proteo da subestao e tambm
isolarem o circuito primrio do secundrio. Requerem uma caracter stica linear at a
tenso secundaria que corresponda m xima corrente de defeito que circula na carga
conectada.
Utilizados para proteo de circuitos de alta tenso, so caracterizados por no
precisarem de alta preciso (10% a 20% de erro de medio) e pela elevada corrente
de saturao, da ordem de 20 vezes a corrente nominal.
A figura abaixo mostra as curvas tpicas de saturao dos transformadores de
corrente de proteo e medio.
17
Figura 14 - Curva da Corrente do Transformador [13]
4.1.2 TIPO DE CONSTRUO MECNICA
Segundo a ABNT e a ANSI, os transformadores de corrente so classificados
quanto ao tipo de construo mecnica.
4.1.2.1 TIPO PRIMRIO ENROLADO
Transformador de corrente que possui os enrolamentos primrios e secundrios
isolados e permanentemente montados no ncleo, figura 15. Para esse tipo de
transformador, o primrio normalmente constitudo por vrias espiras, porm em
alguns casos, pode ser formada por uma nica espira.
O tipo primrio enrolado mais usualmente utilizado para servios de medio,
mas pode tambm ser usado para servios de proteo onde pequenas relaes so
requeridas.
18
Figura 15 Tipo Enrolado [18]
4.1.2.2 TIPO BARRA
Nesse caso o transformador tem o secundrio completamente isolado e
permanentemente montado no ncleo, porm, no possui enrolamento primrio, figura
16.
Figura16 Tipo Barra [18]
4.1.2.3 TIPO JANELA
Assim como no tipo barra, no possui o primrio, e constitudo de uma
abertura atravs do ncleo, por onde passa o condutor que seria do primrio. A figura
17 ilustra esse transformador.
19
Figura17 Tipo Janela [19]
4.1.2.4 TIPO BUCHA
uma derivao especial do transformador do tipo janela. Foi feito para se
instalar na bucha de um equipamento eltrico. Por isso pode ser considerado como
uma parte integrante do equipamento que contm a bucha.
Seu circuito magntico maior do que nos demais tipos, sendo mais precisos
para corrente altas, possuindo menor saturao e, para menores correntes, so
menos precisos tambm, em virtude das maiores correntes de excitao.
Devido a essa menor saturao, e menores correntes, esses transformadores
de corrente no so usados para efeitos de medio. A figura 18 ilustra um modelo de
transformador de corrente do tipo bucha.
Figura18 Tipo Bucha [18]
4.1.2.5 TIPO NCLEO DIVIDIDO
Tem o enrolamento secundrio completamente isolado e permanentemente
montado no ncleo, mas tambm no possui o primrio.
20
Nesse transformador, uma parte de seu ncleo separvel ou pode ser
articulada, figura 19, para permitir um enlaamento do condutor primrio.
Esses transformadores costumam ser usados em circuitos onde o se tem um
condutor complemente isolado.
Um tipo muito difundido de instrumento com ncleo dividido o alicate
ampermetro. Ele uma variedade desse transformador de corrente que utilizado
para medidas sem interrupo do circuito eltrico.
Figura19 Tipo Ncleo Dividido [13]
4.1.2.6 TIPO POSIO LIVRE
So indicados para tenses de 765 kV e correntes acima de 3.000A. usado
para os casos em que h necessidade de recombinao para obteno de outras
relaes de transformao.
Os transformadores do corrente do tipo posio livre, podem ser subdivididos
em alguns grupos ainda, como:
4.1.2.6.1 TIPO PEDESTAL
Possuem sua massa concentrada (ncleo e isolamento lquido) na base do
equipamento, de forma a proporcionar maior estabilidade mecnica, buscando
compensar a altura elevada da bucha, como ilustrado na figura 20.
O enrolamento primrio reforado de forma a suportar os esforos mecnicos
oriundos de corrente de curto-circuito.
21
Figura 20 Tipo Pedestal [13]
4.1.2.6.2 TIPO INVERTIDO
O enrolamento primrio consiste em uma barra estacionria que envolvida
pelo secundrio em forma de um toride. normalmente usado para altos valores de
correntes e de tenses.
Nesse caso os enrolamentos primrios e secundrios so montados dentro de
um compartimento metlico, como ilustrado na figura 21.
O isolamento principal colocado nos espaos do toride, que envolve as
partes secundrias e a expanso tubular. Os terminais do secundrio esto
disponveis em uma caixa de terminais.
Figura 21 Tipo Invertido [13]
22
4.1.2.7 TIPO DE VRIOS ENROLAMENTOS PRIMRIOS (ABNT)
Nesse caso de transformador de corrente, os vrios enrolamentos primrios
que constituem esse transformador, possuem os isolamentos individualizados e
diferenciados.
4.1.2.8 TIPO VRIOS NCLEOS
Possu vrios enrolamentos secundrios isolados separadamente e montados
cada um em seu prprio ncleo, formando um conjunto com um enrolamento primrio
cujas espiras enlaam todos os secundrios.
4.1.3 PRINCIPAIS CARACTERSTICAS DOS TRANSFORMADORES DE CORRENTE
4.1.3.1 CORRENTE SECUNDRIA NOMINAL
As correntes primrias nominais e as relaes nominais so padronizadas por
normas, sendo comum a corrente de secundrio ter um valor de 5 A.
4.1.3.2 CORRENTE PRIMRIA NOMINAL
Representa o valor nominal que o transformador pode suportar em regime
normal de operao. Sua especificao deve considerar a corrente mxima do circuito
em que o transformador est presente e os valores de curto-circuito do sistema.
4.1.3.3 CLASSE DE EXATIDO
Caracteriza o maior valor de erro que o transformador de corrente pode
apresentar ao fornecer a corrente proporcional do sistema de alta tenso aos
equipamentos eltricos da subestao. Esse valor expresso em percentual.
Tabela 4-1 Classe de exatido dos transformadores de corrente [13]
TC para Medio TC para Proteo
ABNT 0,3; 0,6; 1,2; 3,0 5; 10
ANSI 0,3; 0,6; 1,2 10
Para os transformadores de corrente com a finalidade de medio, o valor da
classe de exatido deve ser de 0,3 %.
23
Tabela 4-2 Valores aceitveis e recomendveis de classe de exatido
[13]
Classe de Exatido
Recomendada Aceitvel
TC Alimentando
Instrumentos
0,3 0,6
Medidores Indicadores 0,6 1,2
4.1.3.4 CARGA NOMINAL
Carga na qual se baseiam os requisitos de exatido do transformador.
Tabela 4-3 Cargas nominais para TC de 5A de corrente secundria pela
ABNT [13]
Designao da
Carga
Resistncia
()
Reatncia
()
Potncia
Aparente
(VA)
Fator
de
Potncia
Impedncia
()
C 2,5 0,09 0,0436 2,5 0,90 0,1
C 5,0 0,18 0,0872 5,0 0,90 0,2
C 12,5 0,45 0,2180 12,5 0,90 0,5
C 25,0 0,50 0,8661 25,0 0,90 1,0
C 50,0 1,00 1,7321 50,0 0,90 2,0
C 100,0 2,00 3,4642 100,0 0,90 4,0
C 200,0 4,00 6,9283 200,0 0,90 8,0
4.1.3.5 FATOR TRMICO
Razo entre a mxima corrente primria que o transformador de corrente
capaz de conduzir em regime permanente, sob frequncia nominal, sem exceder os
limites de elevao de temperatura especificados e sem sair de sua classe de
exatido, pela corrente primria nominal do mesmo.
24
4.1.3.6 NVEL DE ISOLAMENTO
O nvel de isolamento definido pela mxima tenso do circuito ao qual o
transformador de corrente vai ser conectado e padronizado, quanto s condies
que deve satisfazer a sua isolao em termos de tenses suportveis.
4.1.3.7 CORRENTE TRMICA NOMINAL
Representa a maior corrente primria que um transformador capaz de
suportar durante 1 segundo, sem exceder, em nenhum dos enrolamentos, a
temperatura mxima especificada em sua classe de isolamento, e com o enrolamento
secundrio curto-circuitado.
4.1.3.8 CORRENTE DINMICA NOMINAL
Valor de crista da corrente primria que um transformador de corrente capaz
de suportar durante o primeiro meio ciclo com o enrolamento secundrio curto-
circuitado, sem danos devido s foras eletromagnticas resultantes. igual a 2,5
vezes o valor da corrente trmica nominal.
4.1.3.9 POLARIDADE
Os transformadores de corrente so identificados nos terminais de ligao
primrio e secundrio por letras que indicam a polaridade para a qual foram
construdos e que pode ser positiva ou negativa.
So empregados as letras com seus ndices, P1, P2 e S1, S2. Diz-se que o
transformador de corrente tem polaridade subtrativa, por exemplo, quando a onda de
corrente, num determinado instante, percorre o circuito primrio de P1 para P2 e a
onda de corrente correspondente no secundrio assume a trajetria de S1 para S2.
Caso contrrio, diz-se que o TC tem polaridade aditiva. A maioria dos transformadores
de corrente tem polaridade subtrativa, sendo inclusive indicado pela NBR6856, que
por definio prioriza sua fabricao. Somente sob encomenda so fabricados
transformadores de corrente com polaridade aditiva.
4.2 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
Os transformadores de potencial tm a funo de possibilitar a medio de
tenso em sistemas com tenso acima de 600 V. Eles possuem uma filosofia de
funcionamento anlogo ao dos transformadores de corrente, fornecendo uma tenso
proporcional aos circuitos de alta tenso que esto sendo medidos.
25
Para exercer sua funo, os transformadores de potencial devem ter as
seguintes caractersticas:
Erro mnimo na relao de transformao e no ngulo de fase.
A queda de potencial a partir do regime em vazio at a plena carga,
deve ser muito pequena.
Isolar o circuito de baixa tenso do circuito de alta tenso.
Reproduzir os efeitos transitrios e de regime do circuito de alta tenso
para o circuito de baixa o mais fielmente possvel.
Esses transformadores de potencial tambm possuem a mesma metodologia
dos transformadores de potencia ou fora. A potncia, porm, neste caso, menor e
tem origem de instrumentos de medio e proteo, e so construdos de forma a
atender os requisitos necessrios.
No seu dimensionamento no h a necessidade de se considerar todos os
fatores observados no dimensionamento dos transformadores de corrente, pois, sua
ligao em paralelo com a rede faz com que a corrente de curto no tenha a mesma
influncia como no TCs.
Como resultado dessa ligao em paralelo, resulta uma construo onde
menores precaues so necessrias e o fato que, para fins de medio, a preciso
deve ser mantida em todas as leituras. Esta condio bem mais fcil de ser satisfeita
no caso da medio de tenso, pois a sua faixa de variao bem menor do que no
caso da medio de corrente, j que, a corrente varia conjuntamente com a oscilao
da carga e a variao da tenso com a carga, bem menor.
O transformador de potencial um transformador para instrumentos cujo
enrolamento primrio ligado em derivao a um circuito eltrico e cujo o enrolamento
secundrio se destina a alimentar bobinas de potencial de instrumentos eltricos de
medio e proteo ou controle.
A figura 22 mostra o esquema bsico de funcionamento de um transformador
de potencial.
26
Figura 22 Esquema Bsico de um Transformador de Potencial [14]
O transformador construdo com N1>N2.
4.2.1 TIPO DE TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
Segundo as notas de aula Transformadores de Potencial de Nem sio, Jorge
de Sousa, a diviso dos transformadores de potncia em capacitivo, resistivo e mistos,
normalmente no utilizada em sistemas de potncia, sendo aplicada apenas a
circuitos de ensaio e pesquisa em laboratrios.
Transformadores Indutivos TPI
Transformadores Capacitivos TPC
Divisores Capacitivos
Divisores Resistivos
Divisores Mistos Capacitivos e Resistivos
A diviso dos transformadores de potncia em capacitivo, resistivo e mistos,
normalmente no utilizada em sistemas de potncia, sendo aplicada apenas a
circuitos de ensaio e pesquisa em laboratrios.
Tenses entre 600 V e 69 kV Os transformadores indutivos so
predominantes.
27
Tenses de 69 kV at 138 kV - No existe preferncias na utilizao,
sendo que em sistemas onde se utiliza o PLC (power line carrier), usado o
transformador de potencial capacitivo.
Tenses acima de 138 kV - Os transformadores de potencial capacitivo
so a maioria.
4.2.2 PRINCIPAIS CARACTERSTICAS DOS TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
4.2.2.1 TENSO PRIMRIA NOMINAL
A tenso primria do transformador de potencial vai ser a mesma da tenso do
circuito ao qual seu primrio est ligado.
4.2.2.2 TENSO SECUNDRIA NOMINAL
padronizada em 115 V ou 115/3 V.
4.2.2.3 CLASSE DE EXATIDO
Representa o valor mximo do erro que o transformador de potencial poder
apresentar para os instrumentos da subestao. Esse valor representado em
percentual.
Tabela 4-4 Classe de exatido dos transformadores de Potencial [14]
Classe de Exatido
Recomendada Aceitvel
TP Alimentando
Instrumentos
0,3 0,6
Medidores Indicadores 0,6 1,2
28
4.2.2.4 CARGA NOMINAL
A carga secundria nominal de um instrumento so as impedncias ligadas aos
seus terminais. No caso do transformador de potencial so considerados como carga
todos os aparelhos da subestao ligados aos seus terminais.
As cargas nominais estabelecidas pela norma ANSI so as mesmas que as
estabelecidas pela norma da ABNT. A nica diferena entre elas na classificao,
enquanto um formado pela concatenao da letra P com potncia aparente da
carga, a outra pelas letras W, X, M, Y, Z e ZZ.
Tabela 4-5 Cargas nominais [14]
Designao
ABNT
Designao
ANSI
P 12,5 W
P 25 X
P35 M
P 75 Y
P200 Z
P400 ZZ
Tabela 4-6 Caractersticas a 60Hz e 120V [14]
Designao
ABNT
Potncia
Aparente
(VA)
Fator de
Potncia
Resistncia
()
Reatncia
Indutiva
()
Impedncia
()
P 12,5 12,5 0,10 115,2 1146,2 1152
P 25 25 0,70 403,2 411,3 576
P35 3,5 0,20 82,5 402,7 411
P 75 75 0,85 163,2 101,1 192
P200 200 0,85 61,2 37,9 72
P400 400 0,85 30,6 19,0 36
29
Tabela 4-7 Caractersticas a 60Hz e 69,3V [14]
Designao
ABNT
Potncia
Aparente
(VA)
Fator de
Potncia
Resistncia
()
Reatncia
Indutiva
()
Impedncia
()
P 12,5 12,5 0,10 38,4 382,0 384
P 25 25 0,70 134,4 137,1 192
P35 3,5 0,20 27,4 134,4 137
P 75 75 0,85 54,4 33,7 64
P200 200 0,85 20,4 12,6 24
P400 400 0,85 10,2 6,3 12
4.2.2.5 POTNCIA TCNICA NOMINAL
Maior potncia aparente que um transformador de potencial pode fornecer em
regime permanente sobtenso e frequncia nominais, sem exceder os limites de
temperatura permitidos pela sua classe de isolamento.
4.2.2.6 NVEL DE ISOLAMENTO
Define a especificao do transformador quanto sua isolao em termos de
tenso suportvel. O nvel de isolamento definido pela mxima tenso do circuito ao
qual o transformador de potencial vai ser conectado e padronizado,
4.2.3 GRUPOS DE LIGAO
De acordo com a ABNT, os transformadores podem ser classificados em trs
grupos:
4.2.3.1 GRUPO 1
O transformador de potencial projetado para ligaes entre fases.
4.2.3.2 GRUPO 2
O transformador de Potencial projetado para ligaes entre fase e neutro dos
sistemas diretamente aterrados.
30
4.2.3.3 GRUPO 3
O transformador de potencial projetado para ligaes entre fase e neutro de
sistema onde no se garanta a eficcia do aterramento.
4.3 SECIONADORES
So dispositivos destinados a fechar, abrir ou transferir as liga es de um
circuito em que o meio isolante o ar. Essa opera o prevista para acontecer ap s
a abertura do circuito por outro dispositivo, no caso um disjuntor. Tais operaes
devem atender aos requisitos de manobra, que so:
Na posio fechada no deve oferecer resistncia corrente que circula
(nominal ou de defeito);
Na posio aberta deve suportar com segurana as tenses que se
estabelecem;
Todas as partes que em qualquer condio de operao possam ficar
em sobtenso, devem ser isoladas (para terra e entre fases)
Somente operam em circuitos sem passagem de corrente
Os secionadores podem interromper correntes pequenas, tais como: correntes
de magnetizao de transformadores, ou correntes em vazio de linhas de transmisso.
4.3.1 DEFINIES
4.3.1.1 SECIONADORAS
Define-se, segundo a NBR 6935, como um dispositivo mecnico de manobra
capaz de abrir e fechar um circuito eltrico quando uma corrente de intensidade
desprezvel interrompida ou restabelecida. Tambm capaz de conduzir correntes
sob condies normais do circuito e, durante um tempo especificado, correntes sob
condies anormais, como curto-circuito.
4.3.1.2 INTERRUPTORES
So dispositivos mecnicos de manobra capaz de fechar, abrir ou transferir as
ligaes de um circuito em que o meio isolante o ar, podendo operar em condi es
nominais do circuito sem defeito e em carga, com capacidade de resistir aos esforos
decorrentes.
31
4.3.2 FUNES DESEMPENHADAS PELAS CHAVES NAS REDES ELTRICAS
Na seleo e na utilizao adequada das chaves em sistemas de alta tenso,
devem ser observadas as caractersticas do sistema em que elas sero aplicadas e a
funo que devem desempenhar.
Entre as caractersticas do sistema, esto as de natureza trmica, eltrica
(capacidade de conduo de correntes nominal e de curto-circuito, suportabilidade as
solicitaes dieltricas etc.) e as de natureza mecnica (esforos devidos s correntes
de curto-circuito, ventos, entre outros fatores) e se a instalao ser feita em uma
subestao interna ou externa.
As chaves podem desempenhar nas subestaes diversas funes, sendo a
mais comum a de secionamento de circuitos por necessidade operativa, ou por
necessidade de isolar componentes do sistema (equipamentos, barras, vo ou linhas)
para a realizao de manuteno, por exemplo. Neste ultimo caso, as chaves abertas
que isolam o componente em manuteno devem ter uma suportabilidade, entre
terminais, s solicitaes dieltricas de modo que o pessoal de campo possa executar
o servio de manuteno em condies adequadas de segurana.
Como vimos antes, as chaves so classificadas de acordo com a funo que
desempenham.
4.3.2.1 SECIONADORAS
A caracter stica b sica das secionadoras o compromisso de opera o em
nveis de tenso insignificantes entre os seus terminais, ou no caso de
restabelecimento e de interrupo de baixas correntes.
Tem como principais funes o by pass, onde executa um desvio em
equipamentos que necessitam de manuteno ou por alguma imposio de operao
do sistema; isolamento de qualquer componente do sistema eltrico quando
necessrio; e por fim para manobras de circuito no sistema.
4.3.2.2 CHAVES DE TERRA OU CHAVE DE ATERRAMENTO
As chaves de terra ou de aterramento so necessrias devido a diversos
componentes do sistema eltrico no serem aterrados, como por exemplo, banco de
capacitores em derivao, barramentos ou linhas de transmisso.
Segundo a ABNT [16] / IEC [25], so dispositivos dotados de um sistema de
acionamento rpido, preparados para atuar em situaes de emergncia, capazes de
suportar por um perodo especificado de tempo, correntes em condies anormais,
32
como correntes de curto-circuito, mas no so capazes de suportar de forma contnua
a corrente nominal.
A funo principal aterrar componentes do equipamento em manuteno. A
existncia de componentes no aterrados (bancos de capacitores em derivao,
barramentos ou linhas de transmisso, por exemplo) no sistema, torna necessrio o
uso desta chave, pois ela possibilita o aterramento do equipamento em manuteno.
Quando uma chave de terra est acoplada diretamente a uma secionadora
comum, esta assume a denominao de lmina de terra ou lmina do aterramento.
4.3.2.3 CHAVES DE ATERRAMENTO RPIDO
So chaves raramente utilizadas por se tratarem de chaves empregadas em
situaes de emergncia. Entretanto, quando exigidas, so extremamente rpidas,
necessitando s vezes de acionamento por meio de explosivos.
Segundo a ABNT [16] / IEC [25], so dispositivos dotados de um sistema de
acionamento rpido, preparados para atuar em situaes de emergncia, capazes de
suportar por um perodo especificado de tempo, correntes em condies anormais,
como correntes de curto-circuito, mas no so capazes de suportar de forma contnua
a corrente nominal.
Dentre suas funes esto aterrar componentes energizados do sistema, em
caso de defeitos no manobrveis, como linhas de transmisso sem esquema de
proteo com transferncia de disparo; linhas de transmisso terminadas por
transformador sem disjuntor no terminal da linha e proteo de geradores contra sobre
tenses e auto excitao.
33
Figura 23 Circuito de uma Chave de Aterramento Rpido [14]
Tambm aterra automaticamente um circuito energizado criando um curto
circuito intencional a fim de provocar o desligamento do disjuntor instalado em outra
estao. Evita-se, assim, o uso do disjuntor no local ou a instalao de um sistema de
comando a distncia. Pode ser unipolar ou tripolar conforme as necessidades do
sistema. Uma mola utili ada como forma de arma enar energia necess ria para
imprimir velocidade faca, que deve operar em alguns ciclos. O disparo feito por
dispositivo eletromagntico que recebe o impulso de comando e faz saltar o engate da
mola.
4.3.2.4 CHAVES DE OPERAO EM CARGA
Tem a capacidade de desligar certos circuitos em carga, tais como: reatores,
capacitores e geradores.
So utilizadas para substituir disjuntores no chaveamento de grandes banco de
capacitores, reatores e filtros harmnicos em subestaes conversoras de CA-CC.
Alm dos elementos comuns, possuem um dispositivo de interrupo de
corrente (cmara de extino de arco) e, eventualmente, com dispositivo de limitao
de corrente (resistores) no fechamento. A cmara de extino tem a capacidade de
envolver e confinar os contatos onde so formados os arcos e extingui-los.
4.3.3 QUANTO AO TIPO DE ABERTURA
34
4.3.3.1 ABERTURA VERTICAL (ANSI [26] TIPO A / ABNT [16] TIPO AV)
a que apresenta melhor desempenho, e tambm classificada como uma
das mais caras.
A chave composta por trs colunas de isoladores fixados sobre uma nica
base, figura 24. O movimento de abertura ou fechamento do contato mvel feito em
um plano que contm o eixo longitudinal da base e perpendicular ao plano de
montagem da mesma. Devido a essa forma construtiva, a distncia entre fases pode
ser reduzida ao mnimo permitido. Podendo ser utilizada em correntes muito altas
(4000 A).
As chaves de abertura vertical podem ter montagem horizontal, vertical ou
invertida, sendo aplicadas para isolar equipamentos e circuitos, para desvio (by-pass)
ou como chave seletora.
Figura 24 Abertura Vertical [14]
Atende a todos os nveis de tenso e correntes, em uso atualmente. Tambm
apresenta boa resistncia a curto-circuito, pois por a lmina ficar apoiada nos dois
extremos, no h riscos de abrir sobre a ao de arcos.
35
4.3.3.2 DUPLA ABERTURA LATERAL (ANSI [26] TIPO B / ABNT [16] TIPO DA)
composta por trs colunas de isoladores fixadas sobe uma base nica, sendo
a coluna central equidistante das duas colunas externas, figura 25. Com essa distncia
disruptiva geralmente equivalente distncia entre as fases, ocupando assim pouco
espao horizontal.
O movimento de abertura ou fechamento do contato mvel feito em um plano
paralelo ao plano de montagem da base, atravs da rotao da coluna central. Seu
movimento de operao suave, pois a lmina perfeitamente equilibrada.
Podem ter montagem horizontal, vertical ou invertida, sendo aplicadas para
isolar equipamentos e circuitos, para desvio (by-pass) ou como chave seletora.
Figura 25 Chave de Dupla Abertura Lateral [14]
Tambm possui uma resistncia de curto circuito elevada, pois a lmina fica
solidamente apoiada nesses trs pontos.
4.3.3.3 BASCULANTE (ANSI [26] TIPO C)
A chave composta por trs colunas de isoladores ligadas a uma base nica,
sendo as duas colunas extremas fixas suportando os terminais e o interior mvel,
figura 26. Esta ltima apresenta movimento de rotao em torno do ponto de fixao
base, e carrega o contato mvel em seu topo.
Essa chave apresenta grande esforo para operao devido ao peso do
isolador ao deslocar.
Tambm podem ter montagem horizontal, vertical ou invertida, sendo aplicadas
para isolar equipamentos e circuitos, para desvio (by-pass) ou como chave seletora.
36
Figura 26 Chave Tipo Basculante [14]
Ao contrario das anteriores, essa chave apresenta uma pequena resistncia a
curtos-circuitos.
4.3.3.4 ABERTURA LATERAL (ANSI [26] TIPO D / ABNT [16] TIPO AL)
A chave composta por duas colunas de isoladores ligadas a uma nica base,
sendo o contato fixo suportado por uma coluna fixa e o contato mvel por uma coluna
rotativa, como ilustrado na figura 27.
Normalmente usada em tenses de at 69 kV, esta chave apresenta algumas
desvantagens.
O movimento de abertura e de fechamento da lmina d-se em um plano
paralelo ao de montagem da chave, onde um dos terminais se apoia na coluna
rotativa, o que exige uma articulao especial para no introduzir esforos sobre a
linha.
As chaves de abertura lateral podem ter montagem horizontal, vertical ou
invertida, sendo aplicadas para isolar equipamentos e circuitos, para desvios ou como
chave seletora.
37
Figura 27 Chave Tipo Abertura Lateral [14]
4.3.3.5 ABERTURA CENTRAL (ANSI [26] TIPO E / ABNT [16] TIPO AC)
A chave secionadora com abertura central composta por duas colunas de
isoladores, ambas rotativas e ligadas a uma nica base, figura 28. O movimento de
abertura e fechamento da lmina secionado em duas partes fixadas ao topo das
colunas rotativas, ficando o contato macho na extremidade de uma das partes da
lmina e a fmea, na outra. Essa chave tem uma maior distncia entre os polos, se
comparada com o tipo A.
Esse tipo de chave tem montagem horizontal ou vertical, sendo aplicada para
equipamentos e circuitos, para desvio ou como chave seletora.
Uma desvantagem dessas chaves, que pelo fato de os terminais se apoiarem
nas colunas rotativas, exige as articulaes para no introduzir esforos nas linhas.
Figura 28 Chave tipo abertura central [14]
38
4.3.3.6 ABERTURA SIMPLIFICADA (ANSI [26] TIPO F)
Esta composta por duas colunas de isoladores ligadas a uma nica base,
sendo uma delas fixa e outro mvel, como ilustrado na figura 29.
Sendo usada somente em redes de distribuio, seu movimento da coluna
mvel de rotao ao redor do ponto de fixao base.
Figura 29 Chave tipo abertura simplificada [14]
4.3.3.7 ATERRAMENTO (ANSI [26] TIPO G / ABNT [16] TIPO LT)
A chave de aterramento composta por uma coluna de isoladores fixa. Possui
contatos fixos e sua lmina fecha paralela aos isoladores. Pode ter montagem
horizontal, vertical ou invertida.
4.3.3.8 OPERAO COM VARA DE MANOBRA (ANSI [26] TIPO H)
A chave composta por duas colunas de isoladores fixos. A abertura ou
fechamento da lmina d-se atravs de engate da vara de manobra a um gancho ou
olhal apropriado, figura 30. Sua montagem pode ser vertical ou invertida.
39
Figura 30 Com Vara de Manobra [14]
4.3.3.9 FECHAMENTO OU ALCANCE VERTICAL (ANSI [26] TIPO J / ABNT [16] TIPO VR)
Tambm chamado de chave vertical reserva, este tipo de chave composto,
por duas ou trs colunas de isoladores. O movimento de abertura ou fechamento da
lmina feito em um plano perpendicular ao plano de montagem da base, na qual
esto fixadas as duas colunas de isoladores, uma rotativa e a outra fixa, como
ilustrado na figura 31.
Normalmente o suporte do contato superior apoiado no isolador suporte.
Permite separar a subestao em dois planos bem definidos, o que facilita a
manuteno e aumenta a segurana. Tambm ocupa pouco espao, tornando este
arranjo bastante compacto.
Figura 31 Chave com Fechamento ou Alcance Vertical [14]
40
Existem duas possibilidades de montagem dos contatos fixos: em coluna de
isoladores invertida ou diretamente no barramento.
4.3.3.10 SEMI-PANTOGRFICA (EUROPIA)
A lmina articulada para um lado, dobrando-se sobre si mesma, figura 32.
Esta chave apresenta as mesmas vantagens da fechamento vertical com relao ao
arranjo e a economia de espao.
Figura 32 Chave Semi-Pantogrfica [14]
As articulaes intermedirias diminuem a resistncia aos esforos do curto-
circuito.
4.3.4 TIPOS DE OPERAO E COMANDO
4.3.4.1 CHAVES DE ACIONAMENTO MANUAL
Chaves de Acionamento Direto
So chaves de operao individual, por meio de vara de manobra, onde cada
polo formado por duas colunas de isoladores fixos e uma lmina articulada em uma
das colunas de isoladores.
Essas chaves no so apropriadas para operao em carga, j que a
velocidade de abertura um fator importante neste tipo de operao, e por ser
manual, est ligada a subjetividade do operador.
So as mais econmicas pela ausncia de mecanismos e pela simplicidade.
So indicadas apenas para baixas tenses, pois para tenses mais elevadas ficaria
extremamente grande e pesada.
41
A operao independente do acionamento feito atravs da energia
acumulada na mola, cuja ao de carregamento e disparo realizada numa s
manobra, de modo a tornar a velocidade de acionamento independente da vontade do
operador.
Chaves de acionamento manual em grupo
Neste tipo de chave o esforo do operador transmitido por meio de uma haste
rgida articulada. De acordo com o movimento destas hastes, temos os mecanismos
de movimento alternativo rotativo. Acionamento alternativo, normalmente utilizada
nas chaves basculantes.
O acionamento rotativo utiliza mancais auxiliares e juntas especiais. utilizado
na maioria das chaves de montagem horizontal.
4.3.4.2 CHAVES DE ACIONAMENTO AUTOMTICO
Neste caso o esforo transmitido por um meio qualquer que no seja manual.
Ele pode ser:
Operador Eltrico
A fora de acionamento gerada por motores eltricos de corrente alternada
ou contnua. Este motor se encontra acoplado ao mecanismo de acionamento rotativo.
Operador Pneumtico
A fora necessria ao acionamento gerada por ar comprimido.
Operador Hidrulico
Os operadores pneumticos e hidrulicos so de construo relativamente
mais simples e econmica que a eltrica. No entanto, sua utilizao s
compensadora quando j existe fonte de fluido pressurizado.
Operado por energia Acumulada
utilizado em casos especiais quando necessria a operao automtica da
chave. Quando h falta de energia utiliza capacitores para fornecer a energia
necessria para o disparo que so comandadas pelos rels.
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Tabela 4-8 Dimensionamento dos elos fus veis prim rios para SEs de 13,8 Kv
[14]
Demanda (kVA) Elo Fusvel Chave (A)
At 15 1 H 50
At 30 2 H 50
At 45 3 H 50
At 75 5 H 100
At
112,5
6 K 100
At 150 8 K 100
At 225 12 K 100
At 300 15 K 100
At 500 25 K 100
At 750 40 K 100
At 1000 50 K 100
At 1500 80 K 100
At 2000 100
K
200
At 2500 140
K
200
4.4 DISJUNTORES
Os disjuntores so os principais equipamentos de segurana da subestao,
alm de serem os mais eficientes dispositivos de manobra em uso nas redes eltricas.
So capazes de conduzir, interromper e estabelecer correntes normais e anormais
especificadas dos sistemas. So usados para controlar circuitos, ligando e desligando
em qualquer condio, conduzindo corrente de carga e proporcionando uma
superviso automtica das condies do sistema e sua operao.
Devem ser sempre instalados acompanhados dos respectivos rels, que so
os elementos responsveis pela deteco das correntes eltricas do circuito, e que
tomam a deciso de acionamento ou no do disjuntor. O disjuntor sem o
acompanhamento dos seus rels torna-se apenas uma chave de manobra, sem
qualquer caracterstica de proteo.
43
4.4.1 PRINCIPAIS FUNES DOS DISJUNTORES
Segundo as notas de aula Disjuntores de Jorge Nemsio de Sousa:
Interromper rpido e sucessivamente a corrente de curto circuito (Icc);
Capacidade de interromper, estabelecer e conduzir correntes nominais
de carga dos circuitos por longo tempo, correntes de magnetizao de
transformadores e reatores e as correntes capacitivas de banco de capacitores e
linhas em vazio;
Suportar a tens o do circuito em que est instalada como os contatos
abertos;
Ser capaz de fechar um circuito em curto imediatamente aps abrir (ou
reabrir) para eliminar este curto circuito (tripfree);
Suportar os efeitos do arco eltrico, bem como os efeitos
eletromagnticos e mecnicos do primeiro meio-ciclo da Icc e os efeitos trmicos da
corrente estabelecida (corrente suportvel nominal de curta durao);
Abrir em tempos to curtos quanto 2 ciclos mesmo tendo permanecido
na posio fechado por vrios meses;
Posi o fechada: o equipamento dever estar apto a interromper a
corrente especificada, em qualquer instante e sem causar sobretens es elevadas;
Com o DJ fechado Z = 0 Impedncia ero (despre vel)
Na posi o aberta: o equipamento dever estar apto a fechar em
qualquer instante, possivelmente sob curto circuito, sem causar dano aos contatos;
Com o DJ aberto Z = Impedncia infinita
A abertura do disjuntor depende do sucesso da corrida energ tica (libera o x
absoro de energia) e dieltrica (tenso de restabelecimento x suportabilidade
dieltrica)
O disjuntor opera continuamente, sobtenso e corrente de carga, muitas vezes
em ambientes de condies severas de temperatura, umidade e poeira. Mesmo sob
essas severas condies ambientais somados aos longos perodos de tempo sem ser
acionado o disjuntor deve estar apto a operar quando for solicitado.
4.4.2 TIPOS DE DISJUNTORES EM FUNO DA EXTINO DO ARCO
4.4.2.1 DISJUNTORES A LEO
Os disjuntores a leo esto, basicamente, divididos em: disjuntores de grande
volume de leo e de pequeno volume de leo.
44
No caso dos disjuntores a grande volume, com menor capacidade, as fases
ficam imersas em um nico recipiente contendo leo, que usado tanto para a
interrupo das correntes quanto para prover o isolamento. Nos disjuntores de maior
capacidade, o encapsulamento monofsico.
Nos disjuntores de pequeno volume, foi projetada uma cmara de extino com
fluxo forado sobre o arco, aumentando a eficincia do processo de interrupo da
corrente, diminuindo drasticamente o volume de leo do disjuntor.
A maior vantagem dos disjuntores de grande volume de leo sobre os de
pequeno volume a grande capacidade de ruptura em curto circuito. Mesmo assim
este tipo de disjuntor est caindo em desuso.
O princpio de extino do arco nos disjuntores a leo baseando na
decomposio das molculas de leo pela altssima temperatura do arco. No
movimento de abertura dos contatos, pouco antes de se separarem, a densidade de
corrente aumenta pela diminuio da rea de contato entre eles. Dessa forma, a
temperatura na regio aumenta, provocando o aquecimento do leo e a ionizao do
meio. A vaporizao pode comear a ocorrer j neste estgio, no entanto,
normalmente se d incio somente aps a separao dos contatos principais.
Como o meio em que os contatos esto mergulhados j se encontra ionizado,
assim que eles se separam estabelece-se o arco eltrico, elevando ainda mais a
temperatura no meio e provocando de forma definitiva a vaporizao do leo. O
princpio de extino do arco em aparelhos deste tipo , ento, utilizar os gases
provenientes da decomposio do leo para resfri-lo, uma vez que a maioria deles
possui um acentuado efeito refrigerante, e para aumentar a presso em torno do arco,
elevando o gradiente de tenso necessrio para manuteno.
4.4.2.2 DISJUNTORES A AR COMPRIMIDO
Os disjuntores a ar comprimido so aqueles que utilizam ar comprimido como
meio de extino de arco eltrico e na maioria das vezes para isolamento e
acionamento dos contatos mveis.
Esses disjuntores utilizam um princpio de extino bastante simples. A partir
de uma fonte de ar pressurizada, o mtodo baseia-se simplesmente em criar um fluxo
de ar sobre o arco suficiente para resfriar a regio entre os contatos ao mesmo tempo
em que expulsa o gs ionizado que ali se encontra.
Esse sopro realizado atravs das cmaras de ar comprimido, armazenadas
num reservatrio pressurizado, que sopram sobre a regio entre os contatos,
determinando o resfriamento do arco e sua compresso. A reignio do arco em
45
seguida ocorrncia de um zero de corrente prevenida pela exausto dos produtos
ionizados do arco da regio entre os contatos pelo sopro de ar comprimido. A
intensidade e a rapidez do sopro de ar garantem o sucesso dos disjuntores nas
corridas energticas (liberao x absoro de energia) e dieltrica (tenso de
restabelecimento x suportabilidade dieltrica).
O sopro de ar renova o dieltrico e ajuda a diminuir a temperatura na regio do
arco. O aumento da densidade do ar melhora a sua rigidez dieltrica e a sua
capacidade trmica, nestas condies a dissipao de calor e a recombinao de
eltrons e ons se realizam mais rapidamente (a constante de tempo de desioniza o
menor). A desioniza o t o forte que o arco se extingue logo que passa pelo ero
de corrente.
A velocidade do ar no bocal do contato do disjuntor igual velocidade do
som, quando a rela o entre a press o do ar no reservat rio de ar comprimido e do ar
ambiente for igual ou maior que 2. Portanto o ar comprimido soprado
longitudinalmente contra o arco, oferecendo condies adequadas para extino.
Os tipos originais de disjuntor a ar comprimido possuam uma chave isoladora
em srie com as cmaras de interrupo. Aps um tempo pr-determinado, para
permitir a extino do arco, a chave isoladora era aberta, o interruptor fechava pela
presso das molas. O fechamento do circuito era sempre feito pela chave isoladora,
com os contatos das cmaras de interrupo fechados. A posio aberta ou fechada
dos disjuntores era facilmente reconhecvel a partir da observao da posio da
chave isoladora.
Os disjuntores a ar comprimido podem ser utilizados em ultra-altas tenses
(800 kV) e com correntes nominais de muito altas (6.300 A) podendo interromper
correntes de at 80 kA.
A desvantagem do disjuntor a ar comprimido a necessidade de se instalar
uma fonte de fluido (unidade compressora) o que encarece a instalao e requer uma
superviso continua para garantir funcionamento normal da unidade.
4.4.2.3 DISJUNTORES A SF6
Os disjuntores que utilizam o SF6 como meio de extino de arco obedecem ao
mesmo princpio dos disjuntores a ar comprimido, sendo, o arco neste caso soprado
por SF6 e no por ar.
O processo de extino do arco nos disjuntores a SF6 inicia-se com a formao
do arco entre os contatos principais. De fato quando o valor da corrente estiver bem
prximo ao zero natural, o arco fica reduzido a uma coluna cilndrica com elevada
46
temperatura, onde ao redor da qual existe uma massa gasosa n o condutora de
eletricidade e cuja temperatura relativamente baixa, facilitando a r pida
recomposio da rigidez dieltrica no espao entre os contatos, eliminando o arco e
impedindo que o arco reacenda devido s sobtenses que venham a surgir.
Essas propriedades trmicas e eltricas do SF6 permitem a interrupo de
correntes com tenses de restabelecimento com elevadas taxas de crescimento, sem
a necessidade de resistores de insero.
4.4.2.4 DISJUNTORES A VCUO
So disjuntores utilizados em tenses de 2 a 145 kV. Nestes disjuntores
utilizam-se cmaras de extino a vcuo, pelo fato do vcuo oferecer alta rigidez
dieltrica (cerca de 200 kV/cm). No entanto essa rigidez cresce muito pouco com a
distncia, e isso limita a tenso que pode ser aplicada entre os contatos.
Nos disjuntores a vcuo o arco que se forma entre os contatos diferente dos
arcos em outros disjuntores, sendo basicamente mantido por ons de material metlico
vaporizado proveniente dos contatos (catodo). A intensidade da formao desses
vapores metlicos diretamente proporcional intensidade da corrente, e
consequentemente, o plasma diminui quando esta decresce e se aproxima do zero.
Atingindo o zero de corrente, o espao entre os contatos rapidamente desionizado
pela condensao dos vapores metlicos sobre os eletrodos. A ausncia de ons aps
a interrupo d aos disjuntores a vcuo as caractersticas quase ideais de
suportabilidade dieltrica.
Apesar das suas vantagens, o desenvolvimento dos disjuntores a vcuo para
altas tenses permanece na dependncia de avanos tecnolgicos que permitam
compatibilizar, em termos econmicos, o aumento das tenses e correntes nominal
das cmaras a vcuo e a reduo de seus volumes e pesos.
4.5 PRA-RAIOS
O Pra-raios um equipamento de proteo que tem por finalidade limitar os
valores dos surtos de tenso transiente que, de outra forma, poderiam causar srios
danos aos equipamentos eltricos.
Para um dado valor de sobretenso, o pra-raios, que antes funcionava como
isolador, passa a ser condutor e descarrega parte da corrente, reduzindo a crista da
onda a um valor que depende das caractersticas desse equipamento.
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A tenso mxima, frequncia nominal do sistema a que o pra-raios poder
ser submetida, sem que se processe a descarga da corrente eltrica atravs do
mesmo, denominada de tenso disruptiva frequncia nominal.
4.5.1 CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS DOS PRA-RAIOS
4.5.1.1 PRA-RAIOS COM GAP E RESISTOR NO LINEAR
Estes pra-raios constituem-se basicamente de um gap em srie com um
resistor no linear, colocados no interior de um invlucro de porcelana.
O gap o elemento que separa eletricamente a rede dos resistores no
lineares. Constitui-se de um conjunto de subgaps cuja finalidade a de fracionar o
arco em um nmero de pedaos, a fim de poder exercer um melhor controle sobre ele,
no momento de sua formao, durante o processo e na sua extino.
Nos Pra-raios convencionais o resistor no linear fabricado basicamente
com o carbonato de silcio. Com este material pode-se observar que, por ocasio de
tenses baixas tem-se uma resistncia elevada e, com tenses elevadas, uma
resistncia baixa.
4.5.1.2 PRA-RAIOS DE XIDO DE ZINCO
Os Pra-raios de xido de zinco constituem-se basicamente do elemento no
linear colocado no interior de um corpo de porcelana. Neste pra-raios no so
necessrio os gaps em srie, devido s excelentes caractersticas no lineares do
zinco.
Os Pra-raios de xido de zinco apresentam vantagens sobre os demais
convencionais entre as quais podem ser citadas:
Inexistncia de gaps, que esto sujeitos a variaes na tenso de
descarga de um Pra-raios que no esteja adequadamente selado, alm de que um
nmero elevado de componentes no gap aumenta a possibilidade de falhas.
Pra-raios convencionais absorvem mais quantidade de energia do que
o Pra-raios de xido de zinco, o que permite a este ltimo absoro durante um maior
nmero de ciclos.
4.6 RESISTORES DE ATERRAMENTO
Finalidade de limitar a corrente de curto-circuito, comum colocar um resistor
ou um reator entre o neutro e a terra.
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Nos geradores o neutro em geral aterrado atravs de resistores ou bobinas
de indutncia. A maioria dos neutros dos transformadores em sistemas de transmisso
acima de 70 kV so solidamente aterrados. Abaixo dessa tenso, os neutros dos
transformadores podem ser ligados diretamente terra ou atravs de resistncias ou
de reatncias indutivas.
Em subestaes industriais, o neutro do transformador solidamente aterrado
quando seu secundrio for o lado de baixa tenso. Entretanto, quando o secundrio
for em mdia tenso (2,4 a 15 kV) comum aterrar o neutro do transformador atravs
de resistor de aterramento, podendo assim obter mais vantagens.
Tabela 4-9 Mtodos de aterramento de acordo com os nveis de tenso [1]
Sistemas At 600V De 2,4 a 13,8V Acima de 22kV
Mtodo de
Aterramento
Solidamente
Aterrado
Na maioria dos
casos com
resistor aterrado
Solidamente
Aterrado
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5 SUBESTAES ISOLADAS A AR ATMOSFRICO
5.1 INTRODUO
As subestaes isoladas a ar atmosfrico so normalmente relacionados por
normas (ABNT) baseadas na temperatura ambiente e nas altitudes. A temperatura
ambiente geralmente classificada em uma faixa de -40C a +40C para os
equipamentos isolados a ar, e para as altitudes acima de 1.000 metros (3.300 ps)
pode-se requerer uma reduo de capacidade.
