AULA 6 Esquemas Elétricos Básicos das Subestações Elétricas
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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CONSIDERAÇÕES INICIAIS AULA 6 Esquemas Elétricos Básicos das Subestações Elétricas Quando planejamos construir uma subestação, o aspecto de maior importância está na escolha (e, conseqüentemente, da definição) do chamado “esquema elétrico”. Este, nada mais é do que um diagrama unifilar simplificado da subestação que inclui, basicamente, os dispositivos de chaveamento (manobras) e de proteção principais. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA FATORES CONSIDERADOS NA ESCOLHA DO ESQUEMA ELÉTRICO DA SUBESTAÇÃO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA FATORES ASPECTOS RELEVANTES Técnicos Continuidade de suprimento, requisitos operacionais e de manutenção Uma escolha criteriosa leva em conta vários fatores, muitos deles inter-relacionados e nem sempre separáveis. São eles: Econômicos Disponibilidade financeira, custos de implantação e de manutenção, custo das perdas, custos das interrupções de serviço Locais Área necessária, condições climáticas e ambientais, implicações ecológicas e estéticas Políticos e Sociais Predominantes em empreendimentos pioneiros ou de interesse público Ampliações Previsão para uma expansão futura da subestação CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA FATORES TÉCNICOS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA FATORES TÉCNICOS (Cont.) • O fornecimento ininterrupto de energia e o custo de implantação são motivos para uma análise custo x benefício. • A continuidade no fornecimento a uma determinada carga é afetada pelo número de interrupções em um determinado período, bem como a sua duração. • A continuidade no fornecimento não depende apenas da subestação em si, mas também dos circuitos, LT’s etc. a ela conectados. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA FATORES ECONÔMICOS Custo do Investimento (excluindo-se o custo do terreno) Equipamentos principais de AT 48 a 55% Sistemas de proteção, controle e medição 15 a 25% Obras civis, estruturas e conexões de AT 20 a 30% Montagens eletromecânicas Aprox. 10% Custo das Perdas Desprezível nas subestações de manobra, sem transformação Considerável onde haja potências de transformação de valores significativos Algumas questões de ordem técnica são importantes: • Os circuitos ligados à subestação permitem desligamento para manutenção do disjuntor respectivo na periodicidade desejada? • No caso de uma falta em um equipamento do circuito, este pode permanecer desligado até que seja consertado ou substituído? Em caso negativo, é possível uma interrupção momentânea para manobra de um equipamento reserva? CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA FATORES ECONÔMICOS (cont.) Custo das interrupções Para concessionárias • Redução de receita • Penalidades • Mau relacionamento com os consumidores • Perda de produção Para consumidores industriais • Deterioramento dos insumos da produção • Danos nos equipamentos fabris CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA FATORES LOCAIS Esquema elétrico mais complexo CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA FATORES POLÍTICOS E SOCIAIS Área Necessária Necessidade de maior área Políticos Regiões com poluição Condições Climáticas e Ambientais Desligamento periódico para limpeza (ex.: fábricas de cimento) Sociais Subordinam-se aos interesses do governo Necessidades decorrentes do crescimento demográfico associadas à economia Zonas urbanas Implicações Ecológicas / Estéticas Requisitos arquitetônicos / paisagísticos CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA FATORES ASSOCIADOS ÀS AMPLIAÇÕES / EXPANSÕES DA SUBESTAÇÃO O conhecimento prévio das possíveis expansões / ampliações facilita a implantação dos esquemas elétricos em todas as etapas, sem obras complexas e sem interrupção no fornecimento de energia. Ampliações / Expansões Futuras Um bom planejamento deve permitir a evolução desde um esquema elétrico simples até um estágio complexo, de forma satisfatória e confiável. Se a expansão / ampliação não tiverem sido previstas, pelo menos deve haver disponibilidade de área para efetivá-las. ESQUEMAS ELÉTRICOS USUAIS PARA SUBESTAÇÕES DE ALTA TENSÃO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DOS ESQUEMAS ELÉTRICOS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES • Usualmente os esquemas elétricos contemplam apenas: Entradas e saídas de linhas (fontes e alimentações) Chaves seccionadoras (manobras) Disjuntores (manobras e proteção) Barramentos (interligações) • Existindo a transformação da tensão, os transformadores conectam mais de um esquema elétrico nas diferentes tensões. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES Baixo investimento inicial Máxima simplicidade Boa facilidade de identificação dos circuitos Baixa confiabilidade Permite ser ampliada para um esquema mais complexo Baixa flexibilidade Requer desligamento total na barra para manutenção ou ampliação O uso de by pass só é admissível e vantajoso em casos particulares (específicos), onde não complique demasiado os circuitos de proteção Permite saídas de linha em qualquer direção, sem cruzamentos (desde que as expansões / ampliações tenham sido previstas) Requer área mínima de pátio para arranjo físico CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EXEMPLO DE BARRA SIMPLES EM SUBESTAÇÕES CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES SECCIONADA CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA SIMPLES SECCIONADA Investimento maior em relação ao esquema elétrico com barra simples O seccionamento aumenta área de pátio Permite manter a metade da subestação em operação por ocasião de uma falha (ou manutenção) na barra Permite ampliação da barra (desde que operando apenas com a metade da subestação) Permite a distribuição a partir de duas fontes de suprimento e um bom número de saídas Quando ocorre uma falha, o número de consumidores atendidos que sofre com a interrupção é reduzido CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR SIMPLES CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR SIMPLES Permite manter toda subestação em operação durante a manutenção de uma barra (A) ou (B) Permite manter toda subestação em operação durante a manutenção da interligação Permite manter toda subestação em operação durante as ampliações Se as conexões à barra não forem todas elas do mesmo lado, a área de pátio aumenta em relação ao esquema elétrico com barra simples É uma solução vantajosa caso haja previsão de serviço em separado das barras O custo em relação ao esquema elétrico com barra simples é maior em função da maior área de pátio requerida CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EXEMPLO DE BARRA DUPLA EM SUBESTAÇÕES CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA, DISJUNTOR SIMPLES E BY PASS O by pass permite efetuar a manutenção do disjuntor (utilizando-se o disjuntor de interligação) sem desligar o circuito de saída O custo é superior ao do esquema barra dupla com disjuntor simples (mais equipamentos, mais conexões, etc.) Requer um complicado sistema de proteção e intertravamento Embora esse esquema tenha sido utilizado não só no Brasil mas também no exterior, não é de todo recomendável pelas características acima mencionadas CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA, DISJUNTOR SIMPLES E BY PASS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRAS PRINCIPAL E DE TRANSFERÊNCIA CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRAS PRINCIPAL E DE TRANSFERÊNCIA CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR DUPLO Facilidade em permitir que o disjuntor (um de cada vez) seja substituído ou dada manutenção sem desligamento da carga Facilidade de by pass dos disjuntores Requer um quantitativo menor de seccionadoras em relação ao esquema anterior CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA DUPLA E DISJUNTOR DUPLO Não requer disjuntor de interligação entre barras Permite a manutenção do disjuntor sem desligamento na saída respectiva Custo mais elevado em relação aos esquemas anteriores, uma vez que o número de disjuntores é maior (fator negativo para a escolha) Do ponto de vista de defeitos ou manutenção nas barras o desempenho é satisfatório pois as saídas podem ser mantidas ligadas a ambas barras, nada se perdendo ao desligar uma delas CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO DISJUNTOR E MEIO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO DISJUNTOR E MEIO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO DISJUNTOR E MEIO (cont.) Cada par de circuitos está em uma seção de barra separada e há três conjuntos de disjuntor + chaves para cada dois circuitos Opera com qualquer um dos pares de circuito separados do restante do esquema Costuma dar boa confiabilidade. Tem sido muito empregado no Brasil e nos Estados Unidos para subestações de EAT Do ponto de vista de visualização é bastante complexo, uma vez que cada disjuntor não está associado a apenas uma saída Aplicável a um mínimo de 4 saídas (melhor seriam 6), podendo se planejar um esquema inicialmente em anel para posteriormente transformá-lo em disjuntor e meio nas ampliações Recomendado para subestações que manipulem grandes blocos de energia, devido à alta segurança contra perda de carga Os equipamentos devem suportar a corrente de carga de duas saídas (disjuntor + chaves) CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA O esquema como um todo é válido somente para disjuntores com TC’s 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. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO DISJUNTOR E UM TERÇO ESQUEMA ELÉTRICO DISJUNTOR E UM TERÇO Apresenta uma maior complexidade no seu arranjo físico Exige uma maior área de pátio Maior flexibilidade em relação ao esquema elétrico disjuntor e meio Pouco usado e pouco recomendável CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO BARRA DUPLA – 4 CHAVES CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO BARRA DUPLA – 4 CHAVES Mais apropriado para sistemas de suprimento altamente interconectados Cada circuito tem a capacidade de se conectar a uma ou outra barra A seleção de barra pode ser feita sob carga A ocorrência de uma falha na barra leva à perda de todos os circuitos conectados à barra sob falha Os circuitos com defeito podem ser transferidos para a barra sã e restabelecidos Neste esquema elétrico, apenas a barra B pode ser utilizada como barra de transferência CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO BARRA DUPLA – 5 CHAVES CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO BARRA DUPLA – 5 CHAVES Mais apropriado para sistemas de suprimento altamente interconectados Cada circuito tem a capacidade de se conectar a uma ou outra barra A seleção de barra pode ser feita sob carga A ocorrência de uma falha na barra leva à perda de todos os circuitos conectados à barra sob falha Os circuitos com defeito podem ser transferidos para a barra sã e restabelecidos Neste esquema elétrico, ambas as barras (A e B) podem ser utilizadas CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA EM ANEL SIMPLES CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO COM BARRA EM ANEL SIMPLES Aplicável somente para um pequeno número de saídas pois, quando um disjuntor estiver em manutenção, a abertura do outro disjuntor não adjacente irá dividir o anel, podendo causar sérias perturbações no sistema Requer seccionador de isolamento em todas as saídas, de modo a permitir a recomposição do anel caso seja necessário deixar uma saída desligada provisoriamente Assim como em qualquer circuito em anel, todos os elementos desse circuito deverão ser dimensionados para suportar a corrente total da instalação e não apenas para cada saída em particular Requer o uso de apenas um disjuntor por circuito Cada circuito de saída permite dois caminhos de alimentação, tornando-o mais flexível Requer maior área de pátio em relação ao esquema de barra simples equivalente CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ESQUEMA ELÉTRICO ANEL MÚLTIPLO OU MODIFICADO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ESQUEMA ELÉTRICO ANEL MÚLTIPLO OU MODIFICADO Melhora a confiabilidade em relação ao anel simples, porém, em alguns casos de desligamento de um disjuntor como o outro fora de serviço, pode também dividir o anel em duas partes Valem as mesmas características apontadas para o anel simples quanto às saídas e o dimensionamento do anel Do ponto de vista operacional, sua visualização é mais complexa, estando cada disjuntor associado a duas saídas, havendo certas saídas ligadas a até 3 disjuntores Permite arranjos mais compactos e de maior flexibilidade na disposição do equipamento em relação aos esquemas com barras principais. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA ARRANJO HÍBRIDO CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA PROCEDIMENTOS DE REDE - ONS • Configurações de barras para novas subestações: É a combinação de diferentes arranjos em uma subestação, seja por superposição de dois esquemas elétricos, ou por adoção de diferentes arranjos em circuitos individuais; Geralmente possui alto custo; A multiplicidade de procedimentos de operação e manutenção pode conduzir a uma má operação e redução da segurança; Normalmente não recomendado. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA EXEMPLO DE UM ESQUEMA ELÉTRICO COMPLETO (DIAGRAMA UNIFILAR OPERACIONAL) Pátio de 765, 500, 440, e 345 kV: arranjo barra dupla com disjuntor e meio; Pátios 230 e 138 kV: arranjo barra dupla com disjuntor simples e quatro chaves. • São permitidas variantes destas configurações, desde que: Possa evoluir para os padrões citados anteriormente; Atenda aos requisitos mínimos do sistema de proteção, supervisão/controle e de telecomunicações do módulo 2.5 do Procedimento de Rede do ONS; Tenha desempenho, comprovado, igual ou superior aos padrões estabelecidos. CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA
