slides

Prévia do material em texto

1
Prof. Eduardo da Silva
Equipamentos elétricos
Aula 6
Conversa inicial
Nesta aula iremos falar sobre as estruturas 
básicas e instalações, desde a geração até a 
distribuição de energia
Caracterização de sistema elétrico 
brasileiro
Sistemas de geração de energia
Subestações
Redes de distribuição
Seja bem-vindo!
Caracterização do sistema
elétrico brasileiro
98% da energia 
nacional pertence
ao SIN
É muito importante
para prevenir apagões
Sistema Interligado Nacional (SIN)
Millena/shutterstock – KittyVector/shutterstock
Monitora a rede elétrica e prevê um
possível desligamento por sobrecarga
Quando se insere uma carga inesperada
na rede, ocorre um afundamento na
tensão que altera a frequência
Se reduzir a frequência da rede,
o ERAC rejeita parte das cargas
para evitar um efeito dominó
Esquema Regional de Alívio de Carga 
(ERAC)
1 2
3 4
5 6
2
Sequência de desligamentos feitos
pelo ERAC: regiões Sul e Sudeste
Estágio
Sudeste Sul
Ajuste [Hz] Carga rejeitada [%] Ajuste [Hz] Carga rejeitada [%]
1º 58,5 7,0 58,5 7,5
2º 58,2 7,0 58,2 7,5
3º 57,9 7,0 57,9 10,0
4º 57,7 7,0 57,6 15,0
5º 57,5 7,0 57,3 15,0
Fonte: ONS. Manual de procedimentos da operação. 2022.
Central Geradora
Hidrelétrica (CGH)
Pequena Central
Hidrelétrica (PCH)
Usina Hidrelétrica (UHE)
Central Geradora Eólica
Usina Termelétrica
Central Geradora
Solar Fotovoltaica
Usina Termonuclear
Mapa dos empreendimentos de geração
Fonte: Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), 2019.
GERAÇÃO
- Hidráulica
- Térmica
- Outras
SUBESTAÇÃO ELEVADORA DE TRANSMISSÃO
Eleva a tensão de geração para
a tensão de transmissão
Converte
energia em elétrica
G
ER
A
Ç
Ã
O
Sistema elétrico de potência
SISTEMA DE TRANSMISSÃO
Transporta a energia dos centros de 
produção para os centros de consumo
SUBESTAÇÃO ABAIXADORA
DE SUBTRANSMISSÃO
Reduz a tensão de transmissão
para subtransmissão
SISTEMA DE SUBTRANSMISSÃO
Distribui a energia elétrica em
tensão de subtransmissão
SUBESTAÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO
Reduz a tensão de subtransmissão
para a de distribuição primária
Consumidores em tensão
de subtransmissão 
(de 34,5 a 138 kV)
Consumidores em tensão
de transmissão 
(acima de 138 kV)
TR
A
N
S
M
IS
S
Ã
O
Sistema elétrico de potência
SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO 
PRIMÁRIA
Distribui a energia em tensão
de distribuição primária
TRANSFORMADORES
DE DISTRIBUIÇÃO
Reduz a tensão primária para
a de distribuição secundária
SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO 
SECUNDÁRIA
Distribui a energia em tensão
de distribuição secundária
Consumidores em tensão
de distribuição primária
(de 13,8 a 34,5 kV)
Consumidores em tensão
de distribuição secundária
(de 127V a 380 V)
D
IS
TR
IB
U
IÇ
Ã
O
Sistema elétrico de potência Diagrama unifilar do SEP
Geração Transmissão
Subtransmissão
Distribuição
primária
Distribuição
secundária
G
G
G
7 8
9 10
11 12
3
Sistemas de geração
de energia elétrica
Geração hidrelétrica
Reservatório
Barragem
Transformador
Gerador
Turbina
Conduto forçado
Andrea Danti/shutterstock
Geradores
60°𝟎° 𝟏𝟐𝟎° 180° 𝟐𝟒𝟎° 300° 360°
𝑣𝑣𝑣
ROTOR
ESTATOR
60°
0°
120°
180°
240° 300°
90°
30°
210°
270°
330°
150°
SN
𝑣 𝑣
𝑣
Fonte: Eduardo Silva.
Turbina a vapor
Geração termoelétrica
FONTE DE CALOR
TURBINA
CONDENSADOR
CALDEIRA
GERADOR
RESERVATÓRIO
DE REFRIGERAÇÃOBOMBA
Fonte: Eduardo Silva.
Aquecimento solar
Fly_and_Dive/shutterstock
Usina com duas unidades geradoras
Diagrama unifilar simplificado de usinas
250 MW
16 kV
250 MW
16 kV
Disjuntor
Chave 
Seccionadora
16 kV
16 kV
500 kVPara-raios
Chave de 
aterramento
TC
Linha de 
Transmissão
500 kV
Fonte: Eduardo Silva.
13 14
15 16
17 18
4
Utiliza-se um anemômetro 
para realizar um 
histograma do vento
Pelo menos um ano, para 
conseguir identificar a 
sazonalidade do vento
Geração eólica
wk1003mike/shutterstock
Estrutura básica
Gerador
Freio
Sistema de 
Guinada
Controlador
Caixa de 
engrenagensPás
TatyanaTVK/shutterstock
Unidade geradora conectada à rede
Diagrama unifilar
Disjuntor
Chave 
Seccionadora
TC
1 MVA
600 V
1 MVA
600 V
1 MVA
600 V
1 MVA
600 V
1 MVA
600 V
1 MVA
600 V
Linha de 
Transmissão
34,5 kV
1200 m 400 m 400 m 400 m 400 m 400 m
230 kV
1 MVA
600 V
CA
CC
CA
CC
GERADOR
UNIDADE 
GERADORA
Fonte: Eduardo Silva.
Partes de um painel fotovoltaico
Geração solar fotovoltaica
MOLDURA DE ALUMÍNIO
VIDRO
PELÍCULA ENCAPSULANTE
CÉLULAS DE SILÍCIO
PELÍCULA ENCAPSULANTE
BASE ESTRUTURADA
BLOCO DE JUNÇÃO
Alejo Miranda/shutterstock
Estrutura básica
Giggietto/shutterstock
Caixa de 
conexão
CCArranjos 
em série
Geração solar conectada à rede
Diagrama unifilar
Caixa de 
conexão 
CC 1224
CA
CCChave Fusível
220 / 380 V
Caixa de 
conexão 
CC 1224
CA
CC
Caixa de 
conexão 
CC 1224
CA
CC
1
2
n
Rede de 
distribuição
13,8 kV
Painel 
Fotovoltaico
Inversor
Fonte: Eduardo Silva.
19 20
21 22
23 24
5
Sistema de transmissão
e subtransmissão
Estruturas
Para-raios Para-raios
Para-raios Para-raios
88 kV ou 138 kV
6 ou 7 isoladores
1 condutor por fase
88 kV
6 ou 7 isoladores
1 condutor por fase
138 kV
9 ou 10 isoladores
1 condutor por fase
230 kV
15 ou 16 isoladores
2 condutor por fase
230 kV
15 isoladores
1 ou 2 condutores por fase
345 kV
19 ou 20 isoladores
2 condutores por fase
Fonte: Eduardo Silva.
Estruturas
Para-raios
Para-raios Para-raios
Para-raios
440 kV
24 ou 26 isoladores
4 condutores por fase
440 kV
24 isoladores
4 condutores por fase
440 kV
24 isoladores
4 condutores por fase
440 kV
24 isoladores
4 condutores por fase
Fonte: Eduardo Silva.
Estruturas
Thorsten Schier/shutterstock chuyuss/shutterstock
Topologias de ligação
RADIAL COM RECURSO
ANEL OU LOOP RETICULADO OU GRID
RADIAL
SUBTRANSMISSÃO
SE DISTRIBUIÇÃO
LT1
NF
NA
SUBTRANSMISSÃO SE DISTRIBUIÇÃO
LT1
NF
SUBTRANSMISSÃO
LT1 SE DISTRIBUIÇÃO
NF
NF
NF
LT1 NF
LT2
NF
NF
SUBTRANSMISSÃO SE DISTRIBUIÇÃO
Fonte: Eduardo Silva.
Subestações
25 26
27 28
29 30
6
Tipo:
particular (industrial) ou concessionária
Isolamento:
convencional (ar) ou blindada (gás)
Local de instalação: ao tempo ou abrigada
Natureza da corrente:
convencional (CA), estação conversora 
(inversora ou retificadora)
Classificação de subestações
Função:
transmissão, subtransmissão e distribuição
Relação entre a entrada e saída:
manobra ou transformadora
Nível de tensão: BT – até 1 kV
MT – até 34,5 kV
AT – até 230 kV
EAT – até 500 kV
UAT – acima de 500 kV
Classificação de subestações
Barramento simples ou singelo: usado para 
instalações pequenas, subestações com baixa 
densidade de cargas, geralmente até 10 MVA
Arranjos típicos de subestações
Chave 
seccionadora
Barramento Circuito 
alimentador
Disjuntor
Linha
Chave de 
aterramento
Relé
Fonte: Eduardo Silva.
Barramento duplo: é mais confiável, pois conta
com uma fonte auxiliar. É tipicamente encontrado
em subestações consumidoras do tipo hospital,
hotel e alguns tipos de indústrias 
Chave 
seccionadora
Barramento
Cargas não 
prioritárias
Cargas 
prioritárias
Fonte de 
emergência
Intertravamento
NF
NA
Disjuntor
Linha
Chave de 
aterramento
Relé
Fonte: Eduardo Silva.
Barramento principal de transferência:
permite desligar o disjuntor principal
para substituição ou manutenção
Disjuntor 
principal
Linha
Chave de 
aterramento
Relé
P
T
Disjuntor de 
transferência
Circuito 
alimentador
By-pass
Fonte: Eduardo Silva.
Barramento duplo com disjuntor: é mais flexível, pois 
qualquer uma das barras poderá ser isolada para 
manutenção. Realiza a transferência dos circuitos
de uma barra para a outra. É usada em instalações 
de grande porte e com grande importância
Disjuntor
Linha 1
Chave de 
aterramento
Relé
Barra 1
Disjuntor
Linha 2
Chave de 
aterramento
Relé
Circuito 
alimentador
Barra 2
Disjuntor de 
transferência
Fonte: Eduardo Silva.
31 32
33 34
35 36
7
Barramento em anel: forma um circuito fechado
por meio de dispositivos de manobra. Embora
sua operação seja mais complicada, o custo é 
aproximadamenteo mesmo de uma subestação
de barramento simples e mais confiável
Circuito 
alimentador
Circuito 
alimentador Barra 1
Linha 1
Barra 2
Linha 2 Fonte: Eduardo Silva.
Identifica-se um equipamento 
por uma codificação de letras 
e números com até 5 
caracteres 
Codificação e nomenclatura
7 1 T 1 – 1
1º 
caractere
Código Equipamento
0 Equipamento não interruptor
1 Disjuntor
2 Religador
3 Chave seccionadora
4 Chave fusível
5 Chave a óleo
6 Chave de aterramento rápido
7 Para-raios
8 Transformador de potencial (TP)
9 Transformador de corrente (TC)
Para-raios
2º 
caractere
Código Faixa de tensão Cores
1 1 a 25 kV (13,8 kV) Laranja
2 51 a 75 kV (69 kV) Verde
3 76 a 150 kV (138 kV) Preto
4 151 a 250 kV (230 kV) Azul
5 251 a 550 kV (500 kV) Vermelho
classe 25 kV
3º e 4º 
caracteres
Código Equipamento Sequência
A Transformador de aterramento 1 a 9
B Barramento 1 a 9
D Equipamento de transferência 1 a 9
E Reator 1 a 9
G Gerador 1 a 9
K Compensador síncrono 1 a 9
H Banco de capacitores 1 a 9
PO Para-raios 1 a 9
R Regulador de tensão 1 a 9
T Transformador de potência 1 a 5
T Transformador de serviço auxiliar 6 a 9
X Conjunto de medição 1 a 9
U Transformador de potencial 1 a 9
Z Transformador de corrente 1 a 9
W Resistor de aterramento 1 a 9
T 1
Fonte: Eduardo Silva.
Identifica-se um equipamento 
por uma codificação de letras 
e números com até 5 
caracteres 
Codificação e nomenclatura
7 1 T 1 – 1
Para-raios classe 25 kV
3º e 4º 
caracteres
instalado junto ao
transformador 1
5º 
caractere
Identifica 
equipamentos similares 
que operam na mesma 
faixa de tensão e estão 
conectados a um 
terceiro equipamento 
Nº1
Fonte: Eduardo Silva.
Redes de distribuição
De acordo com a ANEEL, somente 6% de
toda energia nacional é consumida em
tensão de transmissão e subtransmissão
Uma rede de distribuição pode ser primária, 
com 34,5 kV (19,92 kV por fase) ou 13,8 kV 
(7,97 kV por fase)
As redes secundárias operam com tensão 
380/220 V trifásica ou com 220/127 V 
monofásica 
Níveis de tensão
37 38
39 40
41 42
8
Os consumidores da rede secundária
são limitados à potência de 75 kVA, como 
residências, comércios e microempresas
Consumidores com potência superior a 
75 kVA necessitam instalar sua própria 
subestação de consumidor. Tipicamente 
utilizada em indústrias, centros comerciais
e condomínios residenciais
Tipos de consumidores Subestação aérea
Isolador de pino
Linha de 13,8 kV
Lado da fonte
Conjunto de medição Para-raios
Chave fusível
Lado da carga
Fonte: COPEL. NTC 903100 - Fornecimento em tensão primária de distribuição. 2002.
Subestação aérea
Diagrama unifilar
Rede primária 
de distribuição
13,8 kV
Para-raios
220/380 V
Rede 
secundária de 
distribuição
Chave Fusível
M
3 TC
Conjunto 
medidor
Fonte: COPEL. NTC 903100 
Subestação abrigada – Metálica
Siyanight/shutterstock
Subestação abrigada – Alvenaria
Fonte: COPEL. NTC 903100 - Fornecimento em tensão primária de distribuição. 2002.
Subestação abrigada – Alvenaria
Diagrama unifilar
Rede primária 
de distribuição
13,8 kV
Para-raios
Lado da fonte
220/380 V
Chave Fusível
M
3 TC
Conjunto 
medidorPara-raios
Lado do cliente
Chave 
seccionadora
Disjuntor
Chave 
seccionadora
Fonte: COPEL. NTC 903100 - Fornecimento em tensão primária de distribuição. 2002.
43 44
45 46
47 48