Formas básicas de construção de subestações

Formas básicas de construção 1

FORMAS BÁSICAS DE CONSTRUÇÃO

1 Introdução

Neste capítulo vamos tratar das formas básicas de construção das subestações de
alta tensão externas. Daremos uma ênfase especial nas plantas e cortes das
subestações bem como a disposição dos diversos equipamentos e a forma de
conexão das seccionadoras ao barramento principal.
A seguir faremos uma análise das disposições clássicas, a partir das quais outras
formas poderão ser desenvolvidas, afim de atender soluções específicas.
As dimensões mostradas são valores típicos devendo, para cada caso, ser feito um
estudo específico das dimensões necessárias.
A elaboração dos cortes e plantas da subestação deve ser feitos após a elaboração
e discussão do diagrama unifilar da subestação.
Os princípios básicos para se estabelecer o lay out de uma subestação podem ser
agrupados em:
a) Separação Espacial;
b) Zoneamento para manutenção;
c) Disposição das fases do barramento;
d) Separação elétrica;
e) Dedução de um lay-out básico;
f) Segurança da zona do barramento;
g) Economia da área;
h) Economia em equipamento.

a) Separação Espacial

Quatro distâncias governam o espaçamento entre componentes e fases
(condutores).

a1) Distância para terra:
- Entre partes vivas aterradas, paredes, telas e terra.

a2) Distância entre fases:
- Entre partes vivas de diferentes fases ou de mesma fase que se cruzam.


a3) Distância de Isolamento:
- Entre terminais de um seccionador ou conexão a isto, também entre conexões
para os terminais de disjuntor.

a4) Distância de Separação:
- Entre partes vivas e o limite da zona de manutenção (secção de trabalho). Os
limites da zona de manutenção podem ser a terra, ou uma plataforma a partir da
qual os homens trabalham
Para que os homens possam andar livremente sob os equipamentos energizados,
é necessário proporcionar uma distância suficiente entre o ponto mais baixo de
cada isolador (onde este encontra a parte metálica) e a terra, para assegurar que
o homem não possa invadir a região de solicitação dielétrica.
Esta distância denominada “separação para terra” está baseada no alcance de
um homem com os braços levantados sendo considerado como um valor de 2,44
(m) (8 ft) ( valor baseado em normas Inglesas BS - 162).
Com exceção da “separação para terra”, os demais valores de “distância” são
determinados baseados na sobre tensão máxima a que o sistema pode ser
submetido, e pelo contorno das diversas partes.
A isolação de um sistema, que inclui “AIR-GAPS”, nos quais o ar (atmosfera
normal) é o dielétrico, está sujeito a esforços dielétricos devido a sobre tensões
contínuas de freqüência nominal e a impulso transitórios causados por descargas
atmosféricas e surtos de manobra.

O valor para o qual um determinado isolamento entra em colapso depende da
forma de onda do impulso, a qual é definida em função do tempo para atingir ao
valor de pico (frente de onda) e o tempo para atingir metade do valor de pico.
A polaridade do impulso pode também ser significante; se o campo elétrico é
uniforme, os valores “flashover” serão os mesmos para uma onda de polaridade
negativa ou positiva, mas se o campo não for uniforme, como ocorre usualmente,
o flashover com a onda positiva é menor.


As sobre tensões causadas por descargas atmosféricas são usualmente fatores
determinantes para subestações externas associadas a linha aéreas de
transmissão.
Estes valores estão relacionados ao “NÍVEL BÁSICO DE ISOLAMENTO”(NBI ou
BASIC INSULATION LEVEL - BIL).

Os valores do NBI foram determinados baseados em ondas de impulso que
correspondem aos impulsos de descargas atmosféricas, estas ondas são definidas
como ondas de 1,2/ 50 μseg.
A coordenação de isolamentos é normalmente conseguida através de pára-raios e
gaps que mantém ou limitam as sobre-tensões impostas ao equipamento a um valor
da ordem de 80% do “nível básico de isolamento”(NBI):

É uma prática normal o teste do NBI dos principais equipamentos em um laboratório
de teste (escala 1:1) de tal forma que a influência de seus contornos sejam tomados
em consideração.
Não é pratica normal, nem economicamente justificável, testar todas as
possibilidades de arranjo dos condutores e suportes para o caso de uma
subestação, mas é desejável se estabelecer algumas distâncias, relacionadas aos
testes de impulso, que possam ser usadas no lay out (no arranjo) da subestação.

Nas tabelas 1 e 2, listamos algumas distâncias recomendadas para a terra e entre
fases obtidas a partir de um grande número de testes; a tabela 3 fornece os valores
correspondentes de distância de segurança (seccionamento devido zoneamento de
manutenção).
Acima de 300 kV, o fator determinante passa a ser a sobre tensão causada por
manobras, (switching surge) sua forma de onda e magnitude variam
consideravelmente em relação àquelas dos impulsos de descarga atmosférica.

Os testes mostram que os contornos e a proximidade de planos aterrados têm
grande influência, e as descargas nem sempre ocorrem através do mesmo gap.


Tabela 1: Separação para instalações externas do tipo abertas de 22 kV a 88 kV de
tensão nominal e para sistema não efetivamente aterrados de 110 kV e
acima.
Teste de Impulsos Tensão Separação Mínima Separação mínima entre fases no
(Bil) Valores de Pico Nominal para Terra ar, ou entre conexões de uma
(kV) (kV) mesma fase separada
eletricamente uma da outra
(mm) (in) (mm) (in)
150 22 279 11 330 13

200 33 381 15 432 17

250 44 482 19 558 22

350 66 685 17 786 31

450 88 863 34 989 39

550 110 1.068 42 1.219 48

650 132 1.270 50 1.473 58

750 165 1.473 58 1.702 67

1.050 220 2.082 82 2.388 94

* B.S./62 - Table 7

Tabela 2: Separação para instalações externas do tipo abertas para uso em
sistema não efetivamente aterrados de 110 kV e superior.

Teste de Impulsos Tensão Separação Mínima Separação mínima entre fases no
(Bil) Valores de Pico Nominal para Terra ar, ou entre conexões de uma
(kV) (kV) mesma fase separada
eletricamente uma da outra
(mm) (in) (mm) (in)
450 110 863 34 989 39
550 132 1.086 42 1.219 48
650 165 1.270 50 1.473 58
900 220 1.779 70 2.057 81
1.050 275 2.082 82 2.388 94


Tabela 3: Separação de segurança para permitir que operação, inspeção, limpeza,
reparos, pinturas e manutenção normal sejam executadas.

Tensão Nominal (kV) Para o condutor mais próximo (sem Para a parte mais próxima, não ao
tela) no ar (section clearance) potencial da terra, de um isolador
suportando um condutor vivo
(Ground Clearance)
(m) (ft) (in) (m) (ft) (in)
Até 11 2.59 8 6

15 2.79 9 0

22

23 2.79 9 0

44 2.89 9 6

66 3.05 10 0 2.44 8 0

88 3.20 10 6

110 3.35 11 0

132 3.50 11 6

165 3.81 12 6

220 4.27 14 0

275 4.57 15 0

(Tabela 10 da BS 162)

É assim difícil de estabelecer tabelas de separação, muito embora algumas tentativas
tenham sido feitas.

É importante notar que subestações interiores conectadas por sistemas de
cabos são naturalmente protegidas contra sobre tensões de descargas
atmosféricas, e o nível de isolação para todas as tensões é determinado por
surto de manobra.


Abaixo do 300 kV as solicitações provenientes dos surtos de manobra são
menores que aquelas devido aos surtos de descargas atmosféricas, em
conseqüência, menores níveis de isolamento, e menores separações podem
ser adotadas.

Alguns adotam separações correspondentes ao nível de tensão standard
imediatamente inferior.

As distâncias entre fase e as distância de isolação são usualmente
especificadas de 10% a 15% maior que a separação para terra, o que pode
ser justificado pelo fato de que falta entre fases e falta entre terminais tem a
tendência de serem mais severos, muito embora não se faça qualquer
distinção no “NÍVEL BÁSICO DE ISOLAMENTO”.

A coincidência de uma sobre tensão em uma fase, com uma sobre tensão,
ou com um pico de tensão do sistema de polaridade oposta, em fase
adjacente pode produzir um aumento da tensão entre fases, o que na prática
não excede de 15%.

É evidente que a complexidade do problema torna difícil o estabelecimento
de normas internacionais de separação. Existem, no entanto algumas
normas principalmente da IEC, sobre o assunto. As tabelas anteriormente
mostradas estão baseadas nas normas “INGLESAS”.

A redução da densidade do ar, devido à altitude faz com que a tensão de
“FLASHOVER” seja reduzida, sendo em conseqüência necessário um
aumento de 3% nas separações, para cada 305(m) (1000 ft) acima de 1006
(m) (3300 ft), acima do nível do mar.

b) Zoneamento para manutenção

Um dos mais importantes aspectos do lay out de uma subestação é o
zoneamento do equipamento para manutenção.

É necessário ter uma idéia clara de como os vários equipamentos deverão
ser agrupados, como eles deverão ser isolados e fisicamente separados dos
equipamentos vizinhos, energizados, e como um acesso para os mesmos
pode ser encontrado.


Vejamos alguns aspectos que devem ser considerados no zoneamento para
manutenção.

b1) Distância de Separação:

O estabelecimento da distância de separação a partir do alcance de um
homem mais a separação entre fase e terra, é bastante lógica quando
aplicada a uma distância vertical, no entanto, difícil de justificar no caso de
uma separação horizontal, o conceito de um homem assumindo a posição
horizontal e totalmente estendido, com braços estendidos, mesmo durante
uma queda é difícil de ser aceito.

No entanto devido às diversas correntes existentes sobre o assunto, o mais
indicado é aplicar o mesmo valor de separação não importando qual o plano
de aplicação.

b2) Separação das Zonas de Manutenção:

Dois métodos são disponíveis para a separação do equipamento, em uma
zona de manutenção que tenha sido isolada e desconectada dos
equipamentos energizados; particularmente, a previsão de uma “distância de
separação” ou o uso de uma barreira (tela) aterrada.

A escolha entre estes métodos é influenciada pela tensão, e se distâncias
horizontais e verticais estão envolvidas.

As Figuras 1 e 2 ilustram como a tensão afeta a escolha da separação
horizontal.

Uma vez que a “distância de separação” é composta pelo alcance de um
homem, tomado com 2,44 (m) mais a “distância para terra” é evidente que,
para a tensão em que a “distância para terra” é igual a 2.44 (m), o espaço
requerido será o mesmo se uma “Distância de Separação” ou uma barreira
aterrada for adotada. Isto ocorre em torno da tensão de 300 kV. Abaixo
desta tensão uma economia de espaço pode ser conseguida pelo uso de
barreiras aterradas, para separar as zonas de manutenção. Para separação
vertical, a posição não é simples. É necessário tomar em consideração o


espaço ocupado pelo equipamento e a necessidade de uma plataforma de
acesso para as tensões mais elevadas.

Normalmente a plataforma de trabalho é colocada à uma altura de 1.37 (m)
abaixo do ponto de trabalho mais alto (com isto o ponto de trabalho fica ao
nível de olho de um homem de altura média).

Estas características são mostradas nas Figuras 1 e 2, os quais mostram
que o ponto no qual o espaço requerido é o mesmo, se determinado pela
“Distância de Separação” ou barreira aterrada, ocorre em torno de 100 kV.
Abaixo desta tensão a vantagem esta com uma barreira aterrada.


Figura 1 - Separação das Zonas de Manutenção

a - Horizontal b - Vertical

(i) 33 kV (ii) 66 kV (iii)132 kV (iV) 275 kV

a) Separação por barreira aterrada = distância para terra + 50 mm para
barreira + distância para terra.

b) Separação por distância de seccionamento = 2,44 m + distância para
terra.

T
E 300
N 275
S
Ã 220
O
165
E 132
M
110
K 66
V 33

1 2 3 4

DISTÂNCIA DE SEPARAÇÃO EM (m)
(A)

T
E 300
N 275
S
Ã 220
O
165
E 132
M
100 110
K 66
V 33

2 3 4 5 6
1

DISTÂNCIA DE SEPARAÇÃO EM (m)
(B)

Figura 2 Gráfico mostrando a relação entre a distância de separação e
tensão

A - Horizontal B - Vertical

Separação por barreira aterrada


Separação por distância de seccionamento

Muito embora apareça que, nas tensões mais baixas, espaço possa ser
economizado pelo uso de barreiras aterradas, a posição desconfortável de
um homem, no caso de uma instalação de 33 kV, mostra a necessidade de
tomar em consideração o espaço para trabalho.

O espaço de trabalho proporcionado por uma distância para terra com 66 kV
685 (mm), aproximadamente, é o mínimo para um conforto razoável.

Para concluir, espaço pode ser economizado pelo uso de barreira aterrada
abaixo de 300 kV, onde distâncias horizontais de manutenção estão
envolvidas e abaixo de 100 kV onde distâncias verticais de manutenção
estão envolvidas.

Os componentes de uma subestação são separados por distância entre
fases, distância de isolação, distância para terra e espaços de acesso, assim
como separação para manutenção, de tal forma que a economia geral em
espaço pode ser obtida pelo uso de barreiras aterradas em qualquer lay out
é função também, da relação entre o número de separações para
manutenção e o número das outras distâncias.

b3) Estabelecimento das Zonas de Manutenção

Algumas zonas de manutenção são facilmente definidas e a necessidade
delas é evidente. Talvez a mais óbvia seja aquela para um disjuntor, o qual
normalmente requer mais manutenção do que qualquer outro equipamento.

É uma prática universal proporcionar meios para isolação de cada lado do
disjuntor, para separa-lo das partes adjacentes energizadas.

Outras zonas de manutenção, contendo seccionadoras, barramentos e
conexões não são tão claramente definidas e métodos de zoneamento
devem ser desenvolvidos.


b4) Zoneamento de uma Subestação de Barramento Singelo

Em um circuito alimentador partindo de um barramento singelo, como
mostrado na Figura 3, são requeridas três zonas de manutenção.

Dentre estas podemos apontar:

a) zona do disjuntor;

b) zona do barramento, incluindo a seccionadora de barramento;

c) zona de alimentador compreendendo a seccionadora de linha e o
equipamento do lado do alimentador.

Uma vez que a manutenção da seccionadora de barramento implica, no
desligamento do barramento, não existe obviamente necessidade de se
prever uma barreira aterrada ou uma separação entre a seccionadora e o
barramento.

Da mesma forma, a manutenção dos isoladores suportes do barramento
determina a perda de todos os circuitos conectados ao barramento, assim
sendo não é necessário uma separação entre os isoladores de suporte do
barramento e as seccionadoras do barramento. Estes fatos parecem muito
óbvios, ainda que existam subestações, nas quais espaços tenham sido
desperdiçados devido a separação desnecessária destes itens.


Figura 3 Zona de manutenção em uma subestação de
barramento singelo com circuitos idênticos em oposição (Back - To -
Back)

Arco da Distância de Separação

Se algum meio pode ser adotado para suportar o barramento, a partir dos
isoladores das seccionadoras, um arranjo integrado, como o mostrado na
Figura 4, se torna possível (Não havendo necessidade de separação entre
as seccionadoras “back - to - back” e elas podem ser convenientemente
combinadas).

Uma comparação com o arranjo convencional da Figura 3, mostra que a
alternativa da Figura 4 economiza isoladores e suportes e resulta também
em alguma redução de espaço.


Figura 4 Zona de Manutenção integrada em uma subestação de
barramento singelo.

Arco da Distância de Separação

6,40 (m)

11,9 (m )

a)


24,4 (m)

b)

A Figura 5 mostra um exemplo de aplicação do lay out mostrado na
Figura 4.

Figura 5 - a) Subestação compacta, barramento singelo, com um bay de
5,8 m (largura) para 66 kV;

b) Subestação tradicional de 66 kV, barramento singelo com
bay de 5,8 (m).

O arranjo (a) explora o uso de transformadores de corrente de tipo bucha,
combinado com isoladores duplos e barramento auto suportado.

Estas características combinadas com distância de separação vertical
resultam em um arranjo com as seguintes vantagens comparadas com o
arranjo convencional, mostrado na Figura 5b.

i) a área é praticamente a metade com um pequeno aumento na altura total;

ii) não são usados isoladores independentes bem como seus suportes;

iii) apenas um acesso é requerido.

A junção em T de dois secccionadores e o barramento para formar uma zona de
manutenção é um bloco de construção comum no arranjo de uma subestação,


isto ocorre também nos T de saída das subestações em anel e com 1 ½
disjuntor.

C) Disposição das Fases de Barramento

Os condutores do barramento ou barramentos podem obviamente ser
dispostos relativamente um ao outro de várias maneiras.

Consideremos para estabelecer uma linha de raciocínio o uso de um
barramento duplo, na Figura 6, mostramos as formas possíveis para
disposição dos condutores das fases.

A B C D

Figura 6 Disposição das Fases do Barramento

Em subestações externas, o arranjo D é preferido em relação aos arranjos
A, B, e C pelas seguintes razões:

a) Colapso em um barramento ou fase não coloca em perigo o outro
barramento ou fase.

b) Nos arranjos A e C é difícil separar as duas zonas de manutenção dos
barramentos e proporcionar um acesso independente para os dois
barramentos.

A proteção do barramento em subestações internas, devido aos agentes
atmosféricos e outros perigos, e, nos casos de algumas subestações
celulares, com segregação física, toma os arranjos A, B e C mais
convenientes.


Combinações de disposições verticais, horizontais, em delta e outros
arranjos das fases, pode também encontrar aplicação em subestações
internas.

d) Separação Elétrica

Juntamente como o zoneamento para manutenção, a separação, por
distâncias de isolamento e a separação entre fases dos componentes de
uma subestação e dos condutores que os interconectam constituem a base
para a elaboração do arranjo da subestação.

Fundamentalmente, pelo menos três separações são necessárias por fases:

a) entre os terminais da seccionadoras do barramento ou suas conexões;

b) entre os terminais dos disjuntores ou suas conexões;

c) entre os terminais da seccionadora do alimentador.

Separações adicionais podem ser necessárias para obter separação entre
fases ou pontos onde condutores de diferentes fases se cruzam.

e) Determinação das Formas Básicas de Arranjo

O ponto lógico para partida no desenvolvimento do arranjo de uma
subestação é um unifilar.

Se este é desenhado como um diagrama trifilar, as separações elétricas
básicas e as distâncias entre fases, devidos aos cruzamentos de
condutores, se tornam aparente.

Além do que é possível explorar diferentes formas para conseguir a
separação, desenhando diferentes arranjos.

Por exemplo, se um arranjo de um sistema do barramento duplo é
desenhado como mostrado na figura (7a) fica claro que todas as separações
podem ser conseguidas em um único plano horizontal.


Assim a subestação pode ser construída de tal forma que todas as partes
vivas estariam a um mesmo nível e não teríamos cruzamento de condutores.

Em uma subestação externa, os componentes estão normalmente montados
sobre estruturas.

Por exemplo, uma subestação de 132 kV aparece com todos os
componentes em um mesmo nível, isto é, tendo a base dos seus isoladores
a uma altura de 2.44 (m) acima da terra e sendo conectado por condutores a
uma altura de aproximadamente 3.66 (m) acima da terra. Do acima exposto,
a subestação apareceria como mostrada na Figura 7b.

Claramente um arranjo como o anteriormente descrito seria viável se todos
os circuitos na subestação fossem conectados por cabos; dois circuitos são
mostrados na Figura 7a para mostrar estes dois pontos.

Se uma entrada para uma linha aérea é requerida, é necessário introduzir
um plano adicional para conseguir a separação entre fases, como mostrado
na Figura 7b (uma elevação mostra o 2º plano de separação).

Os diferentes pontos nos quais as separações devem ser obedecidas,
podem ser descobertos, desenhando-se um arranjo trifásico, com elevações
em diferentes formas.


(a) (b)

Figura 7 - Determinação das Separações Elétricas Básicas

a) 1 - Plano b) 2 - Planos

Algumas destas possibilidades estão ilustradas, para uma subestação de
barramento duplo, nas figuras 9 e 10. Para ajudar a identificação, está
também mostrado o correspondente diagrama unifilar.

A conexão transversal foi mostrada por baixo do barramento. Na prática eles
podem passar sobre o barramento, esta alternativa, foi mostrada em alguns
diagramas para ilustrar algumas características.

Para as mesmas condições, a conexão transversal sob o barramento é
preferível uma vez que, muito embora o resultado do colapso, do barramento
ou da conexão transversal seja praticamente o mesmo, no caso de um
defeito no barramento é provável que o reparo do barramento seja mais
rápido do que se, por um problema nas conexões transversais as mesmas
caírem sobre o barramento principal.


As linhas tracejadas nos diagramas mostram como um by pass pode ser
adicionado nas instalações, e como disposições back-to-back dos circuitos
podem ser conseguidas.

Esta última disposição é bastante útil quando os circuitos de entrada são
requeridos em ambos os lados da subestação e normalmente resultam em
economia de espaço e material.

Dois Planos de Separação

As seguintes conclusões podem ser obtidas a partir do estudo da figura 9.

• Devido ao fato de uma seccionadora de barramento estar oculta atrás
da outra na Figura 9a, as duas seccionadoras devem estar situadas
lado a lado, como mostrado na vista em planta e isto requer um bay
amplo, no desenvolvimento físico da subestação.

Em contraste, todas as seis fases das duas seccionadoras de
barramento são visíveis no corte da Figura 9b, mostrando que nestes
casos, as seccionadoras podem ser acomodadas em um bay de
menores dimensões em planta.

As três fases do disjuntor, e as conexões do circuito, estão ocultas
uma atrás da outra no corte, e devem estar desta forma, colocados
lado a lado em planta, e eles determinaram a largura do bay.

Devido as conexões dos circuitos estarem em plano diferente de
barramento e das seccionadoras do barramento, eles podem passar
sob ou sobre o barramento como mostrado nos cortes e não precisam
ser dispostos ao longo do barramento como mostrado em planta.

• Não é possível, em qualquer dos arranjos, conectar a seccionadora
de bypass diretamente em uma barra (sem a introdução de um
terceiro plano).

• Somente a figura 9a permite um arranjo back-to-back dos circuitos.

Três Planos de Separação


Enquanto dois planos de separação é o mínimo necessário para entrada de
linhas aéreas, separação em mais do que dois planos extende as
possibilidades de vários arranjos.

Poderíamos esperar um decréscimo na área ocupada, com um aumento do
número de planos há, no entanto, uma pequena objeção em adotar mais do
que o mínimo de planos exceto para se conseguir tal redução.

A figura 10 mostra o desenvolvimento de dois diagramas básicos com 3
planos de separação nos quais as seguintes observações podem ser feitas.

• Estudando a primeira vista em elevação da figura 10a

Na figura 10a, fica aparente que algum espaço pode ser economizado
pelo deslocamento do disjuntor e da seccionadora do alimentador
para uma posição sob a seccionadora do barramento e o próprio,
como mostrado na segunda vista em elevação.

Isto é na realidade uma exploração do arranjo com 3 planos.

Se as conexões transversais tivessem sido feitas sobre o barramento,
como mostrado na terceira vista em elevação, isto não teria sido
possível (a menos que se possa imaginar o disjuntor ocupando a
posição mais elevada).

3ª ELEVAÇÃO

2ª ELEVAÇÃO

1ª ELEVAÇÃO

Figura 9b


Figura 9 b - 1ª elevação

Figura 9a

Figura 9 Determinação das separações com a utilização de 2 planos


Sistema de bay-pass com 4 ou 5 seccionadoras pode ser adicionado a este
sistema.

Uma outra forma de by-pass pode ser adicionada a primeira vista em
elevação (by-pass com 4 seccionadora deveria ser o escolhido). Na segunda
vista em elevação, apenas um by-pass com quatro seccionadora é possível,
e no caso da terceira vista em elevação, somente um by-pass com 5
seccionadoras é possível.


2ª ELEVAÇÃO

1ª ELEVAÇÃO

Figura 10 b


Figura 10 a

3ª ELEVAÇÃO

2ª ELEVAÇÃO

1ª ELEVAÇÃO


Figura 10 - Determinação das Separações Elétricas com 3 Planos

As Figuras 11 e 12 mostram arranjos em uso, o qual correspondem as vistas
em elevação 2 e 3 da Figura 10 respectivamente.

O arranjo da Figura 11 tem as seguintes vantagens:

i) a área ocupada é da ordem de metade;

ii) apenas quatro seccionadoras são necessárias para fazer o by-pass do
disjuntor;

iii) não existe qualquer conexão viva acima do disjuntor quando este é
isolado para manutenção, mesmo quando usando o by-pass;

v) todos os disjuntores tem uma mesma linha de centro, mesmo quando os
circuitos entram na subestação de ambos os lados.

Isto permite uma economia nas estradas de acesso, cablagem secundária e
canaletas.


Figura 11 - Subestação Externa - Barramento Duplo - 132 kV

i) altura

ii) não tem boa imagem

iii) manutenção da seccionadora de by-pass resulta no desligamento total de
um barramento.


Figura 12- Subestação Externa - Barramento Duplo - 132 kV

O arranjo mostrado na Figura 12 tem as seguintes características:

i) manutenção das seccionadoras de by-pass possível com ambos os
barramentos energizados

ii) manutenção dos isolamentos do barramento sem desligamento de
circuitos.

Desvantagens:

i) área necessária a implantação da subestação;

ii) não tem uma boa imagem;

iii) Excessivo número de isoladores (barramento);

iv) necessidade cinco seccionadoras para fazer o by-pass

v) condutores e junções excessivas;


vi) segurança do barramento é pequena

(número excessivo de isoladores e conexões transversais sobre o
barramento).

vii) conexões vivas sobre o disjuntor quando da utilização do by-pass.

Nas figuras 11 e 12 os bays tem uma largura de 10.4m.

b) Nenhuma das vistas em elevação da Figura 10a permite a disposição
“back-to-back”dos circuitos.

c) A primeira elevação da Figura 10b, com uma conexão transversal
arranjados idealmente por sob o barramento, não permite um
desenvolvimento back-to-back.

Se algumas das conexões são levadas a efeito sobre o barramento,
como mostrado na segunda elevação, isto torna-se possível.

Desenvolvimento do Esquemático para o Arranjo Final (Lay-Out Final)

Tendo selecionado o diagrama e a elevação que se apresenta mais
promissoras, o estágio seguinte é a substituição pela imagem em uma
escala apropriada dos símbolos dos componentes, e o desenvolvimento do
arranjo final (Lay-ouy Final).

Isto pode ser feito em papel quadriculado, e isto é conveniente se a imagem
dos componentes é feita por recortes ou transparências auto-adesivas, que
podem ser movimentadas, em um processo de tentativa para ajuste da
localização ideal como um exemplo, a Figura 13 ilustra o procedimento para
desenvolvimento de um lay-out baseado na Figura 9b, segunda elevação.

(Foi escolhido uma disposição do tipo tandem para as seccionadoras).


Figura 13A: Esquemático como mostrado na Figura 9b; 2ª Elevação

Figura 13B: Desenho em escala de cada um dos componentes,
mostrando o nível da plataforma para manutenção

Figura 13C: Colocação dos componentes, em escala no arranjo

Figura 13D Arranjo dos componentes e suas conexões para a escala

pc = distância entre fase s.c. = distância de separação

Figura 13E Condutores para comporem juntos cada par de
seccionadoras selecionadas

A distância entre as seccionadoras de cada fase é governada pela distância
entre fases as partes vivas mais próximas. A distância de separação a partir
da fase R do barramento X para a seccionadora conectada na fase R do


barramento Y, para permitir que esta seccionadora seja mantida com o
barramento X energizado.

A distância entre fase deve ser adicionada onde os condutores passam
sobre o barramento. A largura do bay é reduzida pelo posicionamento do
conjunto das 3 fases dos condutores aéreos acima das seccionadoras e não
ao longo delas como mostrado na Figura 13C.

É necessária uma distância de separação da fase azul do barramento Y para
a seccionadora do disjuntor para permitir a manutenção da seccionadora do
disjuntor com o barramento energizado.

Uma distância de separação é necessária a seccionadora do disjuntor,
seccionadora do alimentador e condutores aéreos para o disjuntor para
permitir manutenção do disjuntor durante uso do by-pass.

Uma separação entre fases (pc=phase clearance) é necessária a partir dos
condutores aéreos para o topo da bucha, ou do equipamento de
manutenção na sua posição mais elevada. Isto implica em elevar a altura
dos condutores aéreos do nível mostrado na Figura 13E.

Figura 13F Adição do nível do terreno, 2,44 (m) abaixo da parte
inferior do isolador do mais baixo dos componentes.

sc = distância de separação e.c. = distância para terra


A posição para a seccionadora de by-pass é acima da seccionadora de linha
em uma estrutura comum.

A altura é governada por uma distância para a terra a partir da seccionadora
do alimentador e a parte inferior da estrutura onde a seccionadora de by-
pass deve ser colocada e uma distância de separação entre o terminal da
seccionadora de by-pass e o disjuntor.

Decidido sobre a utilização de estrutura do tipo “Goal”ou do tipo PI, vide
figura 13H, a posição das pernas das estruturas são determinadas por uma
distância para terra.

Figura 13 G - Inclusão da seccionadora de passagem (By-pass)

sc = distância de separação e.c. = distância para terra


Figura 13 H Influência da forma da estrutura na distância dos centros dos bays.

Influência da forma da estrutura na distância dos centros dos bays.

PARÂMETRO

Distância X Tensão Dist. P/ Dist. Entre Distância Dist. Largura da Distância Y
entre centros (kV) terra (m) polos viva Separação Estrutura entre centro
de bay de bays

(m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)) (m)

5,9 33 0,46 0.50 0.23 2.8 0.30 4.58

7,47 66 0,76 0.86 0.23 3.12 0.30 5.54

10,57 132 1.35 1.55 0.23 3.85 0.40 7.37

16,33 275 2.16 2.46 0.61 4.65 0.61 11.68

23,85 400 3.43 4.04 0.91 5.50 0.91 12.50

E = Distância para terra

P = Distância entre fase

S = Distância de Separação

V = Distância viva


L = Largura da estrutura

X = Distância entre centro de bays usando uma estrutura

Y = Distância entre bays (centros) usando estrutura do tipo goal

X = E4 + 3W + S + 2L; Y = Zp + 3w + S (se S> 2E + L)

y = 2P +3w + L (se S< 2E + L)

Uma tolerância de 7mm é adiciona para cada distância para tomar em
consideração, discrepâncias nas estruturas.

Na prática é aconselhável permitir menos nas tensões mais baixas ou com
estruturas de aço e mais nas tensões elevadas ou com estruturas de
concreto.

As dimensões da largura das estruturas, bem como das partes vivas
aumentam com o aumento da tensão nominal da instalação.

Figura 13I Isoladores de ancoragem e estrutura foram adicionados
para suportar os condutores aéreos


Para conseguir a altura dos condutores aéreos acima das seccinadoras,
somente tensionando os mesmos, para tal temos que adicionar as estruturas
suportes, como mostradas na figura 13I.

A distância entre fases deve ser aumentada para manter a distância entre
fases durante as oscilações máximas. A estrutura suporte da seccionadora
do alimentador e do by-pass (com uma altura conveniente) pode ser usada
como um suporte.

A posição da outra estrutura é governada por uma distância de separação
desde a fase azul do barramento X para permitir acesso para manutenção
dos isoladores de ancoragem e as partes das estruturas enquanto o
barramento está energizado.

Condutores para fazer a junção de seccionadora de by-pass e a
seccionadora do alimentador para a linha aérea, preservando uma distância
para a terra a base da seccioandora de by-pass.

Um arranjo com barramento duplo foi escolhido como exemplo para ilustrar a
metodologia de estabelecimento do arranjo (lay-out) da subestação.

Obviamente este método pode ser aplicado a outras formas de barramento,
obviamente um sistema de barramento singelo não oferece muitas
condições para modificações da forma de construção, razão pela qual não
existem muitas formas de construção de uma subestação de barramento
singelo.

A terceira estrutura reduz a flecha e permite o uso de estruturas mais baixas.
A posição desta estrutura intermediária é determinada por distâncias de
separação a partir das fases vermelhas dos barramentos.

Isto torna evidente que a seccionadora de by-pass poderia ser acomodada
em uma posição invertida, a distância limite sendo uma distância de
isolação, entre a seccionadora de by-pass e a do alimentador, e uma
distância de separação entre a seccionadora de by-pass e o disjuntor.

O atendimento, destas separações, pode ou não aumentar a altura das
estruturas. A inversão da seccionadora de by-pass resulta em uma melhoria


no arranjo dos condutores e uma redução na altura geral das estruturas, as
custas de uma diminuição da acessibilidade.

Figura 13J Uma terceira estrutura foi introduzida ara dividir o
vão e aumentar a segurança do barramento.

s.c = distância de separação id = distância de isolação

Devemos considerar a acomodação do mecanismo de movimentação da
seccionadora e a melhor posição do mecanismo de operação.

Adicionar cercadas e telas onde for necessário e rever todas as distâncias.

Finalmente ao verificar que as zonas de manutenção estão claramente
estabelecidas e que acessos satisfatórios estão disponíveis para todos os
componentes.

Todas as medidas podem agora ser determinadas.

f) Segurança da Região do Barramento

As estatísticas das faltas mostram que as faltas nos barramentos são
bastantes raras.


Suas conseqüências são tão sérias que todas as precauções possíveis
deveriam ser tomadas para evita-las.

Os efeitos das faltas nos barramentos são menos sérios nas subestações
com barramento em anel e com um e meio disjuntores, as precauções são
mais necessárias nas subestações com barramentos singelo; de
transferência e no caso dos barramentos duplos.

A região do barramento em uma subestação inclue os seguintes itens:

a) condutores do barramento

b) isoladores suportes do barramento.

c) conexões entre o barramento e seccionador do barramento.

d) seccionador do barramento.

e) conexões entre as seccionadoras de barramento e os disjuntores.

f) disjuntores, incluindo seccionamento do barramento ou disjuntor de
acoplamento barras, se o sistema é operado com estes fechados.

G) componentes tais como transformadores de potencial, para, reatores,
algumas vezes conectados ao barramento.

A segurança do barramento pode ser aumentada com as seguintes
providências:

i) barramento ou fases do barramento sendo colocados umas acima das
outras, particularmente em subestações externas.

ii) as conexões dos circuitos não devem cruzar sobre o barramento
principal, principalmente no caso de subestações exteriores.

iii) usando o mínimo número de isoladores.

iv) tendo o mínimo número de funções nos condutores.

v) procedimentos claros de manutenção

vi) boa facilidade para inspeção de todos os equipamentos

vii) exclusão da região do barramento, o máximo possível, de itens tais
como transformadores de potencial, pára-raios e chave de aterramento.


g Economia de Área

Onde o terreno é barato, não é necessário uma preocupação permanente
em economia de área, mas não é somente o custo o problema mas também
o custo do seu tratamento.

A preparação do terreno (terraplanagem) é normalmente uma parte bastante
dispendiosa.

A economia na área ocupada reflete também nos acessos, cercas e cabos
de comando.

É fácil imaginar que uma pequena área seja uma desvantagem, tomando em
consideração que isto não seja obtido as custas de alturas intoleráveis das
estruturas as quais são incompatíveis em termos de estética e economia, ou
de um congestionamento tal que o lay out se torna confuso, o que os
acessos para manutenção e operação não sejam seguros.

Em todo mundo, a falta de grandes áreas de terreno nas áreas urbanas,
agravadas com a crescente necessidade de trazer extra-alta tensão para as
mesmas, esta fazendo com que os responsáveis pelo planejamento, tomem
consciência da necessidade de compactar as subestações.

A necessidade tem sempre sido no interesse da economia.

Em alguns casos a resposta a todas estas indicações pode ser subestação
blindada a SF6.

h Economia em Equipamento

O número de componentes básicos tais como disjuntores, seccionadoras,
transformadores de corrente e potencial é fixado para um tipo particular do
barramento.


A economia neste caso recai principalmente no arranjo destes
equipamentos, e no número e tipo de isoladores suportes para o barramento
e nas estruturas.

Em um lay out ideal, todas as conexões entre componentes seriam
suportados pelos próprios equipamentos, o número de isoladores adicionais
e estruturas usadas é uma medida de afastamento de um determinado lay
out do seu ideal.

A extensão para qual os componentes podem ser usados como suporte
depende de quatro fatores:

a) a distância entre os equipamentos

b) suas solicitações

c) as solicitações das conexões

d) das indicações de carga

Um fato que não deve ser esquecido é que o custo de uma estrutura de
suporte e fundação para um isolador pode ser maior que o custo do isolador.

Cada isolador requer também meio de acesso para manutenção, esta
provisào pode aumentar a complexidade do lay-out e o espaço requerido.
Cada isolador de pedestal eliminado significa um de aumento na segurança
e redução em manutenção.

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