DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA SUBESTAÇÕES
PROFESSOR JOSEMAR
Arranjos de Barramentos Márcio Rodrigues & Júlio Carvalho
ARRANJO:
Forma de conexão entre linhas, transformadores e cargas de uma subestação.
• Flexibilidade requerida em termos de facilidade de manobras; • Continuidade e confiabilidade operacionais; • Manutenções; • Custos de implantação.
Barramento Simples linha
faca de terra
Vantagens: • •
•
Instalações extremamente simples; Manobras simples, normalmente ligar e desligar circuitos alimentadores; Custo reduzido.
disjuntor
seccionadora
alimentadores
Barramento Simples linha
Desvantagens: faca de terra
•
•
•
•
Falha no barramento ou num disjuntor resulta no desligamento da subestação. A ampliação do barramento não pode ser realizada sem a completa desenergização da subestação. Pode ser usado apenas quando cargas possam ser interrompidas ou tenha-se outras fontes durante uma interrupção. A manutenção de disjuntor de alimentadores interrompe totalmente o fornecimento de energia para os consumidores correspondentes.
disjuntor
seccionadora
alimentadores
Duplo Barramento Simples Vantagens: •
Cada circuito tem dois disjuntores dedicados.
•
Flexibilidade de conexão de circuitos para a outra barra.
•
Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção.
•
Fácil recomposição.
Duplo Barramento Simples
Desvantagens: •
Custo mais elevado.
•
Perderá metade dos circuitos para falha num disjuntor se os circuitos não estiverem conectados em ambas as barras.
Barramento Simples Seccionado Vantagens: •
Maior continuidade no fornecimento;
•
Maior facilidade de execução dos serviços de manutenção;
•
Este arranjo pode (é indicado) para funcionar com duas (ou mais) fontes de energia;
•
Em caso de falha da barra, somente são desligados os consumidores ligados à seção afetada.
Barramento Simples Seccionado Desvantagens: • Não se pode transferir uma linha de uma barra para outra; • A manutenção de um disjuntor deixa fora de serviço a linha correspondente; • Esquema de proteção é mais complexo.
Barra Principal e de Transferência Vantagens: •
Custo inicial e final baixo;
•
Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção;
•
Equipamentos podem ser adicionados e/ou retirados à barra principal sem maiores dificuldades.
Barra Principal e de Transferência Desvantagens: •
Requer um disjuntor extra para conexão com a outra barra;
•
As manobras são relativamente complicadas quando se deseja colocar um disjuntor em manutenção;
•
Falha no barramento ou num disjuntor resulta no desligamento da subestação.
Barramento Duplo, um Disjuntor Vantagens: •
Permite alguma flexibilidade com ambas as barras em operação;
•
Qualquer uma das barras poderá ser isolada para manutenção;
•
Facilidade de transferência dos circuitos de uma barra para outra com o uso de um único disjuntor de transferência e manobras com chaves.
Barra 1
Disj. Barra 2
Barramento Duplo, um Disjuntor Desvantagens: •
• •
• •
Requer um disjuntor extra (de transferência) para conexão com a outra barra; São necessárias quatro chaves por circuito; A proteção do barramento pode causar a perda da subestação quando esta operar com todos os circuitos num único barramento; Alta exposição a falhas no barramento; Falha no disjuntor de transferência pode colocar a subestação fora de serviço.
Barra 1
Disj. Barra 2
Barramento Duplo, Duplo Disjuntor Vantagens: • • •
Arranjo mais completo; Muito mais flexível; Maior confiabilidade.
A
D11
D21
D12
D22
Desvantagem: •
Muito mais caro.
Aplicação: • •
Instalações de grande potência (UHV); Continuidade de fornecimento.
B
Barramento Duplo com Disjuntor e Meio Vantagens:
A
• Maior flexibilidade de manobra; • Rábida recomposição; • Falha nos disjuntores adjacentes às barras retiram apenas um circuito de serviço; • Chaveamento independente por disjuntor;
B
Barramento Duplo com Disjuntor e Meio A
Vantagens: • Manobras simples com relação ao chaveamento; • Qualquer uma das barras poderá ser retirada de serviço a qualquer tempo para manutenção; • Falha num dos barramentos não retira circuitos de serviço. B
Barramento Duplo com Disjuntor e Meio A
Desvantagens: • Um e meio disjuntor por circuito; • Chaveamento e religamento automático envolvem demasiado número de operações além do disjuntor intermediário e circuitos agregados. B
Barramento em Anel Vantagens: • Custo inicial e final baixo; • Flexibilidade de manutenção nos disjuntores; • Qualquer disjuntor pode ser removido para manutenção sem interrupção da carga;
Barramento em Anel Vantagens: • Necessita apenas um disjuntor por circuito; • Não utiliza barra principal; • Cada circuito é alimentado através de disjuntores; • Todas as chaves abrem os disjuntores.
Barramento em Anel Desvantagens: • Se uma falta ocorre durante a manutenção de um disjuntor o anel pode ser separado em duas seções; • Religamento automático e circuitos de proteção relativamente complexos.
Barramento em Anel Desvantagens: •
Para efetuar a manutenção num dado equipamento a proteção deixará de atuar durante esse período;
•
Falha no disjuntor durante uma falta em um dos circuitos causa a perda de um circuito adicional pois, um disjuntor já está fora de operação.
Barramento em Anel Desvantagens:
• Necessidade de equipamentos em todos os circuitos por não haver referência de potencial neste arranjo. Esses equipamentos são necessários em todos os casos para sincronização, linha viva ou indicação de tensão.
Barramento em Anel Desvantagens:
• Necessidade de equipamentos em todos os circuitos por não haver referência de potencial neste arranjo. Esses equipamentos são necessários em todos os casos para sincronização, linha viva ou indicação de tensão.
BARRAMENTOS ELÉTRICOS BARRAMENTOS FLEXÍVEIS • SUBESTAÇÕES DE 13,8kV a 34,5kV. • BARRAMENTOS COM CONDUTORES DE COBRE. • BAIXA RESISTIVIDADE, BOA RESISTÊNCIA MECÂNICA, ALTA CAPACIDADE DE TROCA DE CALOR COM O AMBIENTE.
BARRAMENTOS ELÉTRICOS
BARRAMENTOS ELÉTRICOS BARRAMENTOS RÍGIDOS • SUBESTAÇÕES DE 138kV a 500kV. • BARRAMENTOS COM CONDUTORES DE ALUMÍNIO. • SUPORTAM GRANDES CORRENTES DE CARGA E DE CURTO-CIRCUITO.
BARRAMENTOS ELÉTRICOS
BARRAMENTOS ELÉTRICOS CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO: • CRITÉRIO ELÉTRICO • CRITÉRIO TÉRMICO • CRITÉRIO MECÂNICO
BARRAMENTOS ELÉTRICOS CRITÉRIO ELÉTRICO z Corrente Nominal: a determinação é feita quando há equilíbrio térmico entre o calor gerado pela corrente ao passar pelo condutor por efeito Joule e o calor dissipado no ambiente. z Fabricantes determinam a capacidade de condução dos barramentos através de processos experimentais e ensaios. z Tabelas de fabricantes relacionam diâmetro do barramento, corrente nominal e temperatura.
BARRAMENTOS ELÉTRICOS TABELA
Corrente nominal conforme normas NEMA Temperatura Ambiente 40oC - Temperatura do Tubo 70oC
DIÂMETRO DO TUBO IPS
CAPACIDADE EM AMPERES – 60 Hz INSTALAÇÃO ABRIGADA INSTALAÇÃO AO TEMPO
1”
590
EXTRA PESADO 680
1 ½”
840
1000
1010
1200
2”
1100
1215
1320
1460
2 ½”
1490
1610
1790
1930
3”
1765
2050
2120
2450
3 ½”
2030
2300
2400
2720
4”
2300
2650
2720
3130
4 ½”
2730
3180
3220
3760
5”
3100
3650
3660
4300
6”
3860
4600
4560
5400
“STANDARD”
“STANDARD” 700
EXTRA PESADO 840
BARRAMENTOS ELÉTRICOS CRITÉRIO TÉRMICO z Evitar recozimento do barramento durante o tempo de curto-circuito. z Para correntes de curto-circuito todo calor produzido na barra causa aumento de temperatura, porque devido ao curto tempo de existência da falha não existem perdas por radiação. z Parâmetros considerados: área de seção do barramento, tipo do material, duração do curto-circuito e temperatura inicial e final do barramento.
BARRAMENTOS ELÉTRICOS A liga GB-D50SWP da ALCAN tem a seguinte equação para o aumento de calor devido às correntes de curto circuito:
S Icc = 2,18 x10 x T 4
θF + 258 10 g10 θ 258 I +
Icc - corrente de curto circuito em Amperes θF - temperatura final do tubo ºC (após a falha) θI - temperatura inicial do tubo ºC S - seção do tubo em cm2 T - tempo de duração da falha em segundos.
BARRAMENTOS ELÉTRICOS CRITÉRIO MECÂNICO z Esforços mecânicos: peso próprio do barramento, peso dos acessórios, carga do vento e carga do curto-circuito. z Cálculo de momento fletor, máxima tensão de tração, esforços dos ventos sobre o barramento e esforços devido a curto-circuitos.
BARRAMENTOS ELÉTRICOS Equações para cálculo esforços mecânicos (Barramento tubular): Momento fletor máximo
M
Máxima tensão de tração
Máxima deflexão
WL = 8
M σ = Y
5 WL 4 f = 384 EJ
2
BARRAMENTOS ELÉTRICOS Equações para cálculo de esforços mecânicos: Esforços de ventos sobre o barramento:
P = 0 , 0045
.V
2
P: pressão do vento em kgf/m2 V: velocidade do vento em km/h
BARRAMENTOS ELÉTRICOS Equações para cálculo de esforços mecânicos: Força sob efeito de curto-circuito:
Fb
− 7 icc = 11 , 22 . 10 . a
2
.(
l
2
+ a
2
Fb: força em Newton Icc: corrente de curto circuito simétrica em amperes a: distância entre fases em cm l: distância entre pontos de apoio em cm
− a )
BARRAMENTOS ELÉTRICOS DISPONIBILIZAÇÃO DE CÓPIA DO TRABALHO Solicitar via e-mail:
[email protected] [email protected]
