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Subestação
Aula 3: Classi cação das subestações
Apresentação
Nesta aula, abordaremos as subestações do sistema de transmissão e as subestações do sistema de distribuição de energia. Falaremos da diferença de tensão entre essas subestações e suas nalidades diferentes.
Conheceremos também os requisitos de nível de tensão xados pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) para uma qualidade de tensão aceitável para que as cargas ligadas ao sistema funcionem da forma esperada.
Falaremos das subestações abrigadas e simpli cadas, ambas do sistema de distribuição. Além disso, conheceremos suas diferenças quanto ao aspecto técnico e características principais de uma e outra.
Dentre as subestações abrigadas, falaremos das subestações SF6, que representam avanço tecnológico, utilizando um gás que permite redução do espaço físico para montagem da subestação.
Objetivos
Identi car os vários tipos de subestações; Diferenciar os tipos de subestação;
Exempli car as aplicações de subestação.
Processo de distribuição de energia
O nível de tensão elétrica que sai das usinas geradoras de energia varia, normalmente, de 13,8kV à 18kV. Algumas usinas de menor porte e Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH) mais antigas possuem níveis de tensão diferentes. Como a potência gerada nas usinas é muito grande, da ordem de dezenas ou centenas de Megawatts, e a tensão de saída não deve variar (salvo em casos raros em que ocorre algum problema), isso implica em uma corrente elétrica muito elevada.
Como as usinas geradoras normalmente estão situadas longe dos centros consumidores, o transporte de toda a potência elétrica até as cidades demandaria condutores de seção muito elevada. Além disso, haveria perdas por efeito Joule na linha, que seriam proporcionais ao quadrado da corrente elétrica. Um projeto como esse, com transporte da energia por cabos com bitola elevada, resultaria em estruturas mais robustas resultando em custos elevados, o que, provavelmente, inviabilizaria nanceiramente o projeto todo.
Fonte: Por tonton / Shutterstock.
O modo mais simples de resolver o problema das perdas elétricas e conseguir seções menores de condutores é com a transmissão dessa energia em níveis de tensão maiores. Vejamos como esse processo funciona:
Por questões de segurança, os cabos que transportam energia com tensões
mais elevadas são instalados no alto dos postes, onde encontram os
transformadores de distribuição para reduzir a tensão a níveis que possam
ser entregues aos consumidores nas suas residências.
Existem clientes da concessionária que, por consumirem potência elevada, recebem sua energia diretamente do circuito primário da distribuição (no alto dos postes). Neste caso, o cliente deve construir sua própria subestação de distribuição para reduzir a tensão ao nível que será utilizado em suas instalações. Essas instalações são também chamadas de cabines primárias.
O esquema a seguir apresenta o trajeto que a energia elétrica percorre da usina até o consumidor nal.
Esquema do trajeto da energia até o consumidor.
Níveis de tensão entregues
Como transformadores da subestação são projetados para reduzir ou elevar tensões, tomando como base a tensão de entrada nominal, o nível de tensão da entrada não pode sofrer variações grandes pois a tensão de saída variará exatamente conforme a tensão de entrada.
Estudamos esse princípio em conversão de energia com a relação matemática:
Como o número de espiras do transformador não varia após sua construção, qualquer variação de tensão no primário re etirá em variação no secundário.
A gura a seguir explica como são classi cados os níveis de tensão fornecidos.
Faixa de tensão em relação a de referência. | Fonte: Aneel.
Tensão de Atendimento (TA) Faixa de variação da tensão de leitura (Volts)
Adequada (202 TL 231)/(117 TL 133)
Precária (191 TL < 202 ou 231 < TL 233)/ (110 TL < 117 ou 133 < TL 135)
Crítica (TL < 191 ou TL> 233)/(TL < 110 ou TL> 135)
Pontos de conexão em Tensão Nominal igual ou inferior a 1 kV (380/220)
Tensão de Atendimento (TA) Faixa de variação da tensão de leitura (Volts)
Adequada (350 TL 399)/(202 TL 231)
Precária (331 TL< 350 ou 399 < TL 403)/ (191 TL < 202 ou 231 < TL 233)
Crítica (TL < 331 ou TL> 403)/(TL < 191 ou TL> 233)
De acordo com o item 2.5.1.1 do PRODIST 8, o consumidor pode solicitar à concessionária medições para veri car a qualidade de energia que devem ser realizadas 1008 (mil e oito), com leituras válidas de 10 em 10 minutos, correspondendo a uma semana completa.
Para compensar o efeito do fornecimento de uma tensão fora dos padrões da ANEEL, os transformadores podem vir de fábrica com um recurso que permite chavear o tap de saída e obter a tensão próxima a nominal. O tap consiste em algumas derivações no enrolamento secundário do transformador, que permitem alterar a relação de transformação para que a saída tenha o valor nominal, agindo como um regulador de tensão. Este tap é automático nos transformadores mais modernos.
Atividade
- Analise as a rmativas e classi que-as como verdadeiro ou falso.
a) São construídas subestações elevadoras junto às usinas geradoras de energia para aumentar o nível de tensão para valores que permitiram a transmissão de energia com menos perdas.
b) Quando a energia que vem da usina geradora chega próximo ao centro de consumidores, é necessário reduzir o nível de tensão para valores normalmente de 138, 88 ou 69 KV em subestações abaixadoras.
c) Nas subestações de distribuição, a tensão é reduzida novamente para serem distribuídas em postes nas ruas, num valor de tensão que normalmente é 13,8kV. Este valor permite a distribuição de energia com segurança.
Subestações internas e externas
Os clientes, que possuem potência demandada alta e podem ser atendidos pela concessionária em média tensão, devem construir sua própria subestação, que deve car junto ou o mais próximo possível do logradouro público e ser de fácil acesso para a concessionária de energia em caso de vistorias. Cada concessionária possui suas regulamentações para as subestações com pouca variação entre concessionárias.
A NBR 14039 Instalações elétricas de média tensão de 1,0kV a 36kV dispõe sobre as subestações de entrada de energia, que comtemplam essa classe de tensão. A construção da subestação inclui a realização das obras de:
Engenharia civil Alvenaria, lajes etc.
Engenharia elétrica Instalação do transformador, medição e proteção do sistema.
Subestação abrigada
Essa subestação também é chamada de subestação convencional, pois pode abrigar mais do que um transformador trifásico, numa construção de alvenaria ou outro material similar, como já mencionado, construída no limite ou próximo, sendo de fácil acesso. Sua característica principal é que os equipamentos são instalados em recinto fechado, abrigado da chuva e demais fenômenos atmosféricos.
Nesta subestação, a proteção geral é feita por meio de disjuntor geral de média tensão e relés do tipo 50/51, acoplados ao disjuntor para proteção contra sobrecorrente. O ramal de entrada pode ser aéreo ou subterrâneo e deve haver uma chave seccionadora a jusante do disjuntor geral para abertura em caso de manutenções no disjuntor.
Esquema de subestação simplificada.
Após o disjuntor geral, encontra-se o cubículo de medição, onde são instalados os equipamentos da concessionária para medição. Passando pela medição, estão os transformadores do tipo imerso em óleo e potência igual ou superior a 500kVA, devem ter baia de contenção e sistema de dreno para conter eventual vazamento de óleo.
Normalmente, dentro das subestações ou em local adjacente, encontra-se o Quadro Geral de Baixa Tensão (QGBT), onde estão instalados os disjuntores termomagnéticos de baixa tensão para proteção dos transformadores. Podem ser construídas subestações convencionais blindadas, em que os equipamentos são instalados em caixa metálica.
Subestação abrigada. | Fonte:^ //megawattsservicoseletricos.com.br/
Subestação a hexa uoreto de enxofre (SF6)
Há também subestações blindadas, que utilizam o gás hexa uoreto de enxofre (SF6), também chamado de Gas Insulated Substation (GIS) para garantir a isolação entre fases e para a carcaça metálica. Essas subestações servem para tensões mais elevadas, a partir de 88kV, sendo uma solução para grandes cidades devido ao seu tamanho reduzido.
O gás SF6 possui rigidez dielétrica maior que a do ar, permitindo que o espaço entre barramentos de fase possa ser menor com a mesma segurança. Nas subestações a SF6, a redução de espaço em comparação com uma subestação convencional é da ordem de 90%.
Nestes casos, a subestação é abrigada e todos os componentes (transformadores, barramentos, disjuntores etc) são instalados em estruturas hermeticamente fechadas para evitar vazamentos do gás. Um exemplo de uma subestação a SF6 é a subestação da Usina de Itaipu.
Subestação a SF6 da usina de Itaipu. | Fonte:^ https://twitter.com/usina_itaipu/
Atividade
- Analise as a rmativas abaixo classi cando-as como verdadeiro ou falso.
a) A tensão de entrada de um transformador possui proporcionalidade com a tensão de saída pela relação de transformação, em que uma variação de tensão maior ou menor de entrada produzirá variação maior ou menor na tensão de saída respectivamente.
b) Com o intuito de manter a qualidade da energia fornecida, a ANEEL delegou às empresas distribuidoras a tarefa de xar níveis máximos e mínimos de tensão para seus clientes.
c) Um recurso para ajustar a tensão de saída para um valor próximo da nominal corresponde ao tap no enrolamento do secundário do transformador, que altera o número de espiras e, consequentemente, a relação de transformação.
