As coisas básicas sobre subestações que DEVE saber a meio da noite!

Então, o que é a subestação?

Para explicar em palavras muito simples, eu diria que a subestação é um monte de dispositivos eléctricos reunidos e ligados num só local. No topo estão dispositivos eléctricos inteligentes que controlam e protegem os outros para que tudo funcione correctamente. E todos os dispositivos na subestação são felizes, pelo menos até algo correr mal…

As coisas básicas sobre subestações que DEVE saber a meio da noite!
As coisas básicas sobre as subestações que DEVE saber a meio da noite!

De uma forma menos simples, a subestação é a parte chave dos sistemas de geração, transmissão e distribuição eléctrica. A subestação transforma a tensão de alta para baixa ou de baixa para alta, conforme necessário. A subestação também envia energia eléctrica das centrais geradoras para o centro de consumo.

A energia eléctrica pode passar por várias subestações entre a central geradora e o consumidor, e a tensão pode ser alterada em várias etapas.

Conteúdo:

  1. Classificação das subestações
    1. Subestações de transmissão
    2. Sub-subestações de transmissão
    3. Subestações de distribuição

  2. /li> Subestações de transmissão Subestações de transmissão Subestações de distribuição Subestações de transmissão Subestações de transmissão Subestações de distribuição Subestações de transmissão Subestações de transmissão Subestações de transmissão Autocarro

  3. Pára-raios de iluminação
  4. Insuladores e Condutores
  5. Relés protectores
  6. Fusíveis

Li>Localização da subestação

>br>>h3> 1. Classificação das subestações

Subestações podem ser geralmente divididas em três tipos principais (de acordo com os níveis de tensão):

h4> 1.1 Subestações de transmissão

Subestações de transmissão integram linhas de transmissão numa rede com múltiplas interligações paralelas, de modo a que a energia possa fluir livremente a longas distâncias de qualquer gerador para qualquer consumidor.

Esta rede de transmissão é muitas vezes chamada sistema de energia a granel. Tipicamente, as linhas de transmissão operam a tensões superiores a 138 kV. As subestações de transmissão incluem frequentemente a transformação de um nível de tensão de transmissão para outro.

Sistema de transmissão e distribuição de energia eléctrica
Figure 1 – Sistema de transmissão e distribuição de energia eléctrica

A função primária da transmissão é transmitir energia a granel de fontes de produção desejáveis para pontos de fornecimento de energia a granel.

Benefícios têm tradicionalmente incluído menores custos de energia eléctrica, acesso a energias renováveis tais como eólica e hídrica, localização de centrais eléctricas longe de grandes centros populacionais, e acesso a fontes de produção alternativas quando as fontes primárias não estão disponíveis.

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1.2 Subestações de transmissão

Subestações de transmissão operam tipicamente a 33 kV até níveis de tensão de 138 kV. Este tipo de subestações transforma as altas tensões utilizadas para a transmissão eficiente a longa distância através da rede para os níveis de tensão de subtransmissão

Esta forma de transmissão de energia através de linhas de alimentação para as subestações de distribuição nas regiões circundantes é muito mais rentável.

Estas linhas de alimentação são alimentadores radiais, cada uma ligando a subestação a um pequeno número de subestações de distribuição.

Sistemas de subtransmissão radial
Figure 2 – Sistemas de subtransmissão radial

Configuração de subtransmissão de fonte dupla é mais fiável: Falhas num dos circuitos de subtransmissão radial não devem causar interrupções nas subestações. Falhas em duplo circuito podem causar interrupções de múltiplas estações.

Fonte única, a configuração de subtransmissão radial é menos fiável: Falhas no circuito de subtransmissão radial podem causar interrupções em múltiplas subestações.

A maioria das linhas de subtransmissão são do tipo aéreo. Muitas delas são construídas ao longo de estradas e ruas, tal como as linhas de distribuição. Algumas linhas de subtransmissão de alta tensão utilizam um direito de passagem privado, tal como linhas de transmissão a granel.

Também, as novas linhas de subtransmissão tendem a ser colocadas no subsolo, uma vez que o desenvolvimento de cabos de isolamento sólido tornou os custos mais razoáveis.

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1.3 Subestações de distribuição

Subestações de distribuição operam tipicamente a 11KV/0.4KV de tensão e fornecem energia eléctrica directamente aos consumidores industriais e residenciais. Note-se que o nível de tensão de distribuição pode variar em países do mundo inteiro.

Os alimentadores de distribuição transportam energia das subestações de distribuição para as instalações dos consumidores finais. Os alimentadores servem um grande número de instalações e normalmente contêm muitos ramos.

Nas instalações dos consumidores, os transformadores de distribuição transformam a tensão de distribuição para a tensão de nível de serviço directamente utilizada em residências e instalações industriais. São normalmente 230 V ou 400 V.

Diagrama unifilar dos principais componentes do sistema de energia desde a geração até ao consumo
Figure 3 – Único diagrama de linha dos principais componentes do sistema de energia desde a geração ao consumo (clique para expandir)

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2. Equipamento da subestação

A subestação pode incluir o seguinte equipamento:

  1. Transformador de potência ou transformador de distribuição (dependendo do tipo de subestação)
  2. Disjuntores de corrente

  3. Disjuntores de desconexão
  4. Isoladores
  5. Busbars
  6. Transformadores de corrente
  7. Transformadores potenciais
  8. Pára-raios de iluminação
  9. Relés protectores
  10. Bateria de estação

  11. Sistema de ligação à terra

Um diagrama de ligação típico de subestação é mostrado na Figura 4.

Diagrama unifilar típico de uma subestação
Figure 4 – Diagrama unifilar típico de uma subestação

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2.1 Transformadores

Transformadores são uma parte essencial de qualquer sistema de energia eléctrica. Vêm em vários tamanhos e tensões.

transformadores CA são uma das chaves para permitir a distribuição generalizada de energia eléctrica como a vemos hoje em dia. Os transformadores convertem eficientemente a electricidade em voltagem mais alta para a transmissão de longa distância e de voltagem mais baixa, adequada à utilização pelo cliente.

Transformador de subestação
Figure 5 – Transformador de subestação

Os transformadores de potência de distribuição efectuam a transição de tensão necessária do nível de tensão de transmissão (ou subtransmissão) para um nível adequado para a distribuição de potência. Um exemplo de tal transição seria uma mudança de 66 kV para 11 kV.

O tamanho de um transformador de potência de distribuição varia tipicamente entre 16 MVA e 63 MVA, pesando entre 20 a 50 toneladas. O transformador é tipicamente uma unidade trifásica.

Bancos trifásicos, construídos a partir de unidades monofásicas, também podem ser implementados devido a razões específicas como as restrições de transporte rodoviário ou o pedido de unidade de reserva monofásica.

O transformador de potência é geralmente o componente monofásico mais caro numa subestação de distribuição primária. A seguir, são discutidas as características, construção e protecção do transformador de potência de distribuição e a sua influência no desempenho completo do sistema de distribuição.

O foco está nas unidades trifásicas isoladas a óleo mineral (imersas em óleo), que formam a maioria dos transformadores de potência de distribuição em aplicações sob influência da IEC.

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2.2 Disjuntores

Disjuntores que controlam altas tensões e protegem outros equipamentos de subestações também estão localizados em subestações de potência. Muitas subestações ao ar livre utilizam disjuntores cheios de óleo. Este tipo de disjuntor tem contactos imersos num óleo isolante contido numa caixa metálica.

Outro tipo de disjuntores de alta tensão é o disjuntor magnético de ar em que os contactos se separam no ar quando a linha de alimentação está sobrecarregada.

S bobinas de sopro magnéticas são utilizadas para desenvolver um campo magnético que provoca o arco produzido quando os contactos se rompem. Assim, o arco concentrado em são condutas onde se extingue.

Uma modificação deste tipo é o disjuntor de ar comprimido. Neste tipo, um fluxo de ar comprimido é concentrado no contacto quando a linha de alimentação é aberta. O ar comprimido ajuda na extinção do arco, que é desenvolvido quando os contactos se abrem.

Deve ser assinalado que os grandes arcos estão presentes sempre que um circuito de alta voltagem é interrompido. Este problema não é encontrado em grande medida nos equipamentos de protecção de baixa tensão.

Disjuntores de alta tensão
Figure 6 – Disjuntores de alta tensão

Dois tipos de disjuntores principais baseados numa construção são os disjuntores de tanque vivos e os disjuntores de tanque mortos. Com os disjuntores de tanque vivos, a superfície exterior da câmara de ruptura não é ligada à terra e está sob influência da tensão primária, portanto “viva”.

Com os disjuntores de tanque mortos, a superfície exterior da câmara de ruptura é ligada à terra, portanto “morta”. Os disjuntores de tanques mortos só estão geralmente disponíveis para instalações exteriores a partir de 33 kV.

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h3> 2.3 Interruptores de desconexão

Os interruptores de desconexão são utilizados para desconectar o equipamento eléctrico das linhas eléctricas que alimentam o equipamento. Normalmente, os interruptores de desligamento não são operados quando a corrente flui através deles.

ocorreria um problema de arco de alta voltagem se os interruptores de desligamento fossem abertos enquanto a corrente fluía através deles.

São abertos principalmente para isolar o equipamento das linhas eléctricas por razões de segurança.

Os interruptores de desligamento são do tipo “air-break” que é semelhante em construção aos interruptores de faca. Estes interruptores estão disponíveis para uso interior ou exterior, tanto em projectos manuais como motores.

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2.4 Bus de subestação

A ligação eléctrica e física dos buses de subestação é tipicamente governada pela segurança, fiabilidade, economia, capacidade de manutenção e facilidade de operação.

Bus é na realidade a estrutura eléctrica a que todas as linhas eléctricas e transformadores estão ligados. Geralmente, existem dois tipos: ao ar livre e fechados. Os autocarros fechados são utilizados em edifícios ou ao ar livre onde o espaço é precioso.

As estruturas de autocarros devem ser concebidas para suportar altas correntes de curto-circuito e grandes forças mecânicas como consequência.

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2,5 Pára-raios

As instalações eléctricas estão expostas a tensões de sobretensão causadas por várias fontes. Por natureza, as sobretensões causadas pelas fontes têm características diferentes em termos de magnitude, frequência, duração e taxa de subida.

Os fenómenos de sobretensão são tradicionalmente classificados em três categorias distintas:

  1. Temporary overvoltages
  2. Switching overvoltages
  3. Lightning overvoltages
Tipos de sobretensões
Figure 7 – Tipos de sobretensões

Em subestações de distribuição primária, o principal dispositivo de protecção do equipamento instalado contra sobretensões é o pára-raios sem tampa de óxido de zinco. A selecção de pára-raios adequados depende de vários factores.

Os fabricantes de pára-raios publicaram directrizes e exemplos de selecção para demonstrar e apoiar o processo de selecção.

O pára-raios deve suportar as sobretensões contínuas e temporárias de frequência de potência experimentadas no sistema durante o funcionamento normal, falhas no sistema e operações de comutação. Os pára-raios também têm de ser capazes de limitar as sobretensões abaixo do nível de resistência especificado do equipamento na instalação.

Uma falha de terra monofásica ou bifásica leva a uma situação de sobretensão temporária na(s) fase(s) saudável(s) e também no neutro dos transformadores de potência ligados em Y. A amplitude é determinada pelas condições de ligação à terra do sistema e a duração é determinada pelas definições de protecção (tempo de eliminação de falhas).

Os pára-raios têm de ser capazes de suportar as tensões térmicas durante estas situações.

Pára-raios de luz com terminal inferior aterrado (144kV)
Figure 8 – Para-raios com terminal de fundo aterrado (144kV)

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2.6 Isoladores e Condutores

Todas as linhas de transmissão de energia devem ser isoladas para evitar riscos de segurança. Grandes cordas de isoladores são utilizadas em subestações e noutros pontos ao longo do sistema de distribuição de energia para isolar os condutores de corrente dos seus suportes de aço ou qualquer outro equipamento montado no solo.

Os isoladores podem ser feitos de porcelana, borracha ou material termoplástico.

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2.7 Relés de protecção

Os relés de protecção proporcionam um método preciso e sensível de protecção do equipamento de distribuição eléctrica contra curto-circuitos e outras condições anormais.

Os relés de sobrecorrente são utilizados para provocar a abertura rápida de linhas de energia eléctrica quando a corrente excede um valor pré-determinado. O tempo de resposta dos relés é muito importante para proteger o equipamento de danos.

Alguns tipos comuns de falhas que podem ser protegidos por relés são curto-circuitos linha-terra, curto-circuitos linha-terra, curto-circuitos duplos linha-terra, e curto-circuitos trifásicos de linha. Cada uma destas condições é causada por condições de circuito defeituosas que retiram corrente anormalmente elevada (corrente de falha) das linhas eléctricas.

Os relés de protecção são dispositivos electrónicos avançados avançados (IEDs) de alimentação externa, também referidos como Terminais Alimentadores.

Num comutador primário moderno, as funções de alimentação do bay como protecção, controlo e medição são realizadas com terminais alimentadores. O terminal alimentador executa as funções de protecção atribuídas, realiza o controlo local e remoto dos dispositivos de comutação, recolhe e processa e exibe os dados medidos e indica o estado dos dispositivos de comutação.

Esquemas de protecção de barras de barramento
Figure 9 – Painel de protecção de barras de barramento com relés MICOM

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2.8 Fusíveis

Desde que as linhas eléctricas são frequentemente curto-circuitadas, vários equipamentos de protecção são utilizados para evitar danos tanto nas linhas eléctricas / equipamento como no pessoal. Este equipamento de protecção deve ser concebido para lidar com altas tensões e correntes.

Tanto os fusíveis como os disjuntores podem ser utilizados para proteger linhas eléctricas de alta tensão.

Fusíveis de alta tensão (aqueles utilizados para mais de 600 volts) são fabricados de várias maneiras. Um fusível de tipo expulsão tem um elemento que derrete e vaporiza quando está sobrecarregado, fazendo com que a linha eléctrica ligada em série com ele se abra.

Fusível tipo expulsão
Figure 10 – Fusível tipo expulsão

Fusíveis tipo expulsão têm um invólucro metálico cheio de líquido, que contém o elemento fusível. O líquido actua como um meio de supressão. Quando o elemento fusível derrete devido a uma corrente excessiva numa linha de electricidade, o elemento é imerso m o líquido para extinguir o arco.

Este tipo de fusível reduz o problema do arco de alta tensão.

Um fusível de material sólido é semelhante a um fusível líquido, excepto que o arco é extinguido numa câmara cheia de material sólido. Normalmente, os fusíveis de alta tensão nas subestações são montados adjacentes aos interruptores de corte de ar. Estes interruptores fornecem um meio de comutar linhas eléctricas e desligá-las para fins de reparação.

A caixa de fusíveis e interruptores é normalmente montada perto das linhas eléctricas aéreas de uma subestação.

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3. Localização da subestação

Subestações de distribuição devem ser localizadas o mais próximo possível da carga a ser servida. Além disso, as necessidades futuras de carga devem ser planeadas com precisão.

O nível de tensão de distribuição é também muito importante a considerar. Geralmente, quanto mais alta for a tensão de distribuição, mais distantes poderão ser localizadas as subestações. Contudo, tornam-se maiores em capacidade e em número de clientes servidos à medida que a distância entre elas aumenta.

123 kV pátio de comutação exterior com barramentos duplos, em linha
Figure 11 – Exemplo de pátio de comutação exterior de 123 kV com barramentos duplos, em linha. Os barramentos são tubulares.

A decisão de localização da subestação deve ser baseada na fiabilidade do sistema e em factores económicos. Entre estes factores estão:

  • A disponibilidade de terrenos,
  • Custos operacionais estimados,
  • Taxes,
  • Lei>Lei>Lei>Lei>Factores ambientais e
  • Potencial opinião pública.

Também considerado é o facto de o tamanho do condutor aumentar à medida que aumenta o tamanho da carga fornecida. O nível de tensão primária afecta não só o tamanho dos condutores, mas também o tamanho do equipamento de regulação, isolamento e outras classificações de equipamento.

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