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Formas básicas de Construção

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  • 1. 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.
  • 2. Formas básicas de construção 2 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.
  • 3. Formas básicas de construção 3 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.
  • 4. Formas básicas de construção 4 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
  • 5. Formas básicas de construção 5 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.
  • 6. Formas básicas de construção 6 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.
  • 7. Formas básicas de construção 7 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
  • 8. Formas básicas de construção 8 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.
  • 9. Formas básicas de construção 9 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
  • 10. Formas básicas de construção 10 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.
  • 11. Formas básicas de construção 11 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.
  • 12. Formas básicas de construção 12 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.
  • 13. Formas básicas de construção 13 Figura 4 Zona de Manutenção integrada em uma subestação de barramento singelo. Arco da Distância de Separação 6,40 (m) 11,9 (m ) a)
  • 14. Formas básicas de construção 14 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,
  • 15. Formas básicas de construção 15 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.
  • 16. Formas básicas de construção 16 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.
  • 17. Formas básicas de construção 17 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.
  • 18. Formas básicas de construção 18 (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.
  • 19. Formas básicas de construção 19 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
  • 20. Formas básicas de construção 20 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
  • 21. Formas básicas de construção 21 Figura 9 b - 1ª elevação Figura 9a Figura 9 Determinação das separações com a utilização de 2 planos
  • 22. Formas básicas de construção 22 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.
  • 23. Formas básicas de construção 23 2ª ELEVAÇÃO 1ª ELEVAÇÃO Figura 10 b
  • 24. Formas básicas de construção 24 Figura 10 a 3ª ELEVAÇÃO 2ª ELEVAÇÃO 1ª ELEVAÇÃO
  • 25. Formas básicas de construção 25 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.
  • 26. Formas básicas de construção 26 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.
  • 27. Formas básicas de construção 27 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;
  • 28. Formas básicas de construção 28 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).
  • 29. Formas básicas de construção 29 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
  • 30. Formas básicas de construção 30 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
  • 31. Formas básicas de construção 31 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
  • 32. Formas básicas de construção 32 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
  • 33. Formas básicas de construção 33 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
  • 34. Formas básicas de construção 34 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
  • 35. Formas básicas de construção 35 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.
  • 36. Formas básicas de construção 36 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.
  • 37. Formas básicas de construção 37 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.
  • 38. Formas básicas de construção 38 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.