Instalações eléctricas em alta tensão, Resumos de Eletrotécnica

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TEMA - 1

INSTALAÇÕES

ELÉCTRICAS EM

ALTA TENSÃO

(Conceitos Básicos)

• 1. SISTEMAS ELÉCTRICOS
  • 1.1. DEFINIÇÃO............................................................................................................................................
  • 1.2. ETAPAS DE UM SISTEMA ELÉCTRICO
    • 1.2.1. GERAÇÃO
    • 1.2.2. TRANSMISSÃO
    • 1.2.3. DISTRIBUIÇÃO
    • 1.2.4. UTILIZAÇÃO
  • 1.3. DIAGRAMA UNIFILAR DE UM SISTEMA ELÉCTRICO
  • 1.4. CLASSES DE TENSÃO
  • 1.5. NÍVEIS DE ISOLAMENTO NORMALIZADOS
• 2. INSTALAÇÕES ELÉCTRICAS
  • 2.1. DEFINIÇÃO............................................................................................................................................
  • 2.2. CONCEITOS...........................................................................................................................................
    • 2.2.1. DEMANDA
    • 2.2.2. DEMANDA MÉDIA
    • 2.2.3. CURVA DE CARGA
    • 2.2.4. POTÊNCIA DE ALIMENTAÇÃO
  • 2.3. CLASSIFICAÇÃO DAS INSTALAÇÕES ELÉCTRICAS
    • 2.3.1. QUANTO A TENSÃO NOMINAL
    • 2.3.2. QUANTO A FINALIDADE
  • 2.4. SISTEMA ELÉCTRICO INDUSTRIAL
    • 2.4.1. SISTEMA RADIAL SIMPLES
    • 2.4.2. SISTEMA COM RECURSO (REDE EM ANEL)...................................................................................
• 3. SUBESTAÇÕES
  • 3.1. INTRODUÇÃO
  • 3.2. CLASSIFICAÇÃO DAS SUBESTAÇÕES
    • 3.2.1. QUANTO A FUNÇÃO A DESEMPENHAR........................................................................................
    • 3.2.2. QUANTO AO TIPO DE INSTALAÇÃO
  • 3.3. SUBESTAÇÃO DE CONSUMIDOR..........................................................................................................
    • 3.3.1. TIPOS
    • 3.3.2. COMPARTIMENTOS DE UMA SUBESTAÇÃO ABRIGADA
  • 3.4. ENTRADA DE SERVIÇO
    • 3.4.1. COMPONENTES DA ENTRADA DE SERVIÇO
• 4. CABOS DE POTÊNCIA PARA MÉDIA E ALTA TENSÕES...................................................................................
  • 4.1. CABOS ISOLADOS
  • 4.2. TIPOS DE CONDUCTORES
  • 4.3. ISOLAÇÃO
    • 4.4.1 - MATERIAIS ESTRATIFICADOS
    • 4.4.2 - MATERIAIS SÓLIDOS
  • 4.5 - BLINDAGEM
    • 4.5.1 - BLINDAGEM DO CONDUTOR (INTERNA)
    • 4.5.2 - BLINDAGEM DA ISOLAÇÃO (EXTERNA)
  • 4.6 - PROTECÇÃO
• 5. MUFLA TERMINAL PRIMÁRIA OU TERMINAÇÃO
  • 5.1 - INTRODUÇÃO
• 6. CHAVE SECCIONADORA PRIMÁRIA
  • 6.1 - INTRODUÇÃO
  • 6.2 - TIPOS DE CHAVES SECCIONADORAS
• 7. PÁRA-RAIOS À RESISTÊNCIA NÃO-LINEAR
  • 7.1 - INTRODUÇÃO
  • 7.2 - TIPOS DE PÁRA-RAIOS
  • 7.3 - PARTES COMPONENTES DE UM PÁRA-RAIOS
  • 7.4 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO............................................................................................................
  • 7.5 - ESCOLHA DA TENSÃO NOMINAL DO PÁRA-RAIOS
  • 7.6 - CONSIDERAÇÕES SOBRE RAIOS
• 8 - DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO
  • 8. 1 - INTRODUÇÃO
  • 8.2 - MEIOS DE INTERRUPÇÃO DO ARCO
    • 8.2.1 - DISJUNTORES A ÓLEO
    • 8.2.2 - DISJUNTORES A SOPRO MAGNÉTICO
    • 8.2.3 - DISJUNTORES A VÁCUO
    • 8.2.4 - DISJUNTORES A SF6
    • 8.2.5 - DISJUNTORES A AR COMPRIMIDO
  • 8.3 - SISTEMAS DE ACCIONAMENTO...............................................................................................................
    • 8.3.1 - SISTEMA DE MOLA
    • 8.3.2 - SISTEMA DE SOLENÓIDE
    • 8.3.3 - SISTEMA DE AR COMPRIMIDO
    • 8.3.4 - SISTEMA HIDRÁULICO......................................................................................................................
• 9 - ISOLADORES
  • 9.1 - INTRODUÇÃO
  • 9.2 - CLASSIFICAÇÃO
    • 9.2.1 - ISOLADORES DE APOIO
    • 9.2.2 - ISOLADORES DE SUSPENSÃO
  • 9.3 - MATERIAIS
  • 9.4 - TIPOS
    • 9.4.1 - ISOLADOR DE PINO
    • 9.4.2 - ISOLADOR DE SUSPENSÃO (DE DISCO)
    • 9.4.3 - ISOLADOR DE APOIO MULTICORPO
    • 9.4.4 - ISOLADOR PEDESTAL
    • 9.4.5 - ISOLADOR SUPORTE MACIÇO
    • 9.4.6 - ISOLADORES COMPOSTOS
• 10 - TRANSFORMADOR DE POTENCIAL (TP)........................................................................................................
  • 10.1 - INTRODUÇÃO
  • 10.2 - CARACTERÍSTICAS DE UM TP
    • 10.2.1 - TENSÃO PRIMÁRIA NOMINAL
    • 10.2.2 - TENSÃO SECUNDÁRIA NOMINAL
    • 10.2.3 - CLASSE DE EXATIDÃO
    • 10.2.4 - CARGA NOMINAL
    • 10.2.5 - POTÊNCIA TÉRMICA
    • 10.2.6 - NÍVEL DE ISOLAMENTO
  • 10.3 - EXEMPLO ( TP PARA MEDIÇÃO )
• 11 - TRANSFORMADOR DE CORRENTE (TC)
  • 11.1 - INTRODUÇÃO
  • 11.2 - O SECUNDÁRIO DO TC NUNCA DEVE FICAR ABERTO
  • 11.3 - TIPOS DE TC´s
  • 11.4 - CARACTERÍSTICAS DE UM TC
  • 11.5 - EXEMPLO ( TC DE MEDIÇÃO )
• 12 - RELÉS
  • 12.1 - INTRODUÇÃO
  • 12.2 - ELEMENTOS BÁSICOS DE UM RELÉ
  • 12.3 - CLASSIFICAÇÃO DOS RELÉS
  • 12.4 - RELÉS MAIS UTILIZADOS EM SISTEMAS ELÉTRICOS
  • 12.5 - RELÉS DE SOBRECORRENTE ( 50 - 51 )
    • 12.5.1 - RELÉS DE SOBRECORRENTE DE AÇÃO DIRETA
    • 12.5.2 - RELÉS DE SOBRECORRENTE DE AÇÃO INDIRECTA
  • 12.6 - RELÉ DIFERENCIAL DE CORRENTE ( 87 ).................................................................................................
  • 12.7 - RELÉ DE GÁS OU RELÉ BUCHHOLZ ( 63 )
  • 12.8 - RELÉ AUXILIAR DE BLOQUEIO ( 86 )
• 13 - NORMAS TÉCNICAS
  • 13.1 - INTRODUÇÃO
  • 13.2 - ENTIDADE INTERNACIONAL DA ÁREA DE ELETRICIDADE
  • 13.3 - PRINCIPAIS ENTIDADES ESTRANGEIRAS DA ÁREA DE ELETRICIDADE......................................................

1.4. CLASSES DE TENSÃO

1.5. NÍVEIS DE ISOLAMENTO NORMALIZADOS

2. INSTALAÇÕES ELÉCTRICAS

2.1. DEFINIÇÃO

É um conjunto de componentes eléctricos associados e com características coordenadas entre si,

constituído para uma finalidade determinada.

2.2. CONCEITOS

2.2.1. DEMANDA

É o valor médio da potência activa (P) em um intervalo de tempo Δt especificado (normalmente Δt = 1/

h).

2.2.2. DEMANDA MÉDIA

É a demanda constante que a instalação deveria apresentar para, no período considerado, consumir uma

energia igual a consumida com funcionamento normal.

2.2.3. CURVA DE CARGA

É a curva que dá a demanda em função do tempo.

2.2.4. POTÊNCIA DE ALIMENTAÇÃO

É a demanda máxima de uma instalação ou de um setor de uma instalação.

2.3. CLASSIFICAÇÃO DAS INSTALAÇÕES ELÉCTRICAS

2.3.1. QUANTO A TENSÃO NOMINAL

a) INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO - Regidas pela NBR 5410

b) INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MÉDIA TENSÃO - Regidas pela NBR 14039

• Áreas classificadas

2.4. SISTEMA ELÉCTRICO INDUSTRIAL

Os sistemas eléctricos de uma indústria (primário e secundário) podem ter as seguintes configurações:

2.4.1. SISTEMA RADIAL SIMPLES

É aquele em que a energia eléctrica tem um sentido único, da fonte para a carga.

CARACTERÍSTICAS:

• Mais simples
• Mais utilizado
• Custo reduzido
• Baixa confiabilidade 2.4.2. SISTEMA COM RECURSO (REDE EM ANEL)

Nesse sistema o fluxo de energia pode variar de acordo com as condições de carga do sistema.

CARACTERÍSTICAS:

• Mais complexo
• Custo elevado
• Maior confiabilidade

3. SUBESTAÇÕES

3.1. INTRODUÇÃO

Subestações são instalações que têm como finalidade transformar a energia eléctrica recebida sob certas

características e entregá-la de forma conveniente aos consumidores. Compreende equipamentos de

manobra, transformação, protecção, conversão (modificação de tensão, corrente e frequência) e de

estrutura.

3.2. CLASSIFICAÇÃO DAS SUBESTAÇÕES

3.2.1. QUANTO A FUNÇÃO A DESEMPENHAR

a) Subestação Central de Transmissão: Construída ao lado das usinas produtoras de energia elétrica. Sua

finalidade é modificar os níveis de tensão dos geradores, para transmitir a energia gerada aos grandes

centros consumidores.

b) Subestação Receptora de Transmissão: Construída próxima aos grandes blocos de carga. Conecta-se

através da linha de transmissão à subestação central de transmissão.

c) Subestação de Subtransmissão: Construída em geral no centro de um grande bloco de carga e

alimentada pela subestação receptora. É dela que se originam os alimentadores de distribuição primária.

d) Subestação de Consumidor: Construída em propriedade particular, é suprida através de alimentadores

de distribuição primária. Alimentam os pontos finais de consumo.

3.2.2. QUANTO AO TIPO DE INSTALAÇÃO

a) Subestação a céu aberto ou ao tempo: São construídas em praças amplas ao ar livre e requerem o

emprego de equipamentos próprios para funcionamento em condições atmosféricas adversas.

b) Subestações Abrigadas: Os equipamentos são instalados no interior de construções e não estão

sujeitos às intempéries.

c) Subestações blindadas: São compactas e todos os equipamentos (barramentos, disjuntores, chaves,

TP´s, TC´s etc) estão instalados em cilindros contendo SF6 (hexafluoreto de enxofre) sob pressão.

Necessitam de estações para bombeamento, pressurização e controle do SF.

3.3. SUBESTAÇÃO DE CONSUMIDOR

3.3.1. TIPOS

a) Subestação ao tempo: Pode ser instalada em poste (transformador até 150 kVA) e em plataforma

(transformador até 225 kVA).

b) Subestação abrigada

4. CABOS DE POTÊNCIA PARA MÉDIA E ALTA TENSÕES

Cabo elétrico: Conjunto, isolado ou não, de fios metálicos encordoados (dispostos helicoidalmente), não

isolados entre si. Os cabos são mais flexíveis do que os fios.

4.1. CABOS ISOLADOS

A figura abaixo apresenta a estrutura de um cabo isolado:

Os cabos podem diferir do ponto de vista construtivo:

a) Pelas características dos condutores (material, número de fios elementares, forma, seção etc), que

condicionam em grande parte a capacidade de condução;

b) Pela qualidade e espessura do isolante, que com o tipo de isolante, definem as características de

isolamento do cabo e, portanto, a sua capaciddae de funcionamento em uma rede de determinadas

características (tensão, frequência etc);

c) Pelo tipo de blindagem e

d) Pelo tipo de proteção.

4.2. TIPOS DE CONDUCTORES

O cobre e o alumínio são os dois metais mais usados na fabricação dos conductores eléctricos. Ao longo

dos anos o cobre tem sido o mais utilizado, sobretudo em condutores isolados, devido principalmente às

suas propriedades eléctricas e mecânicas. O cobre para conductores eléctricos é o cobre eletrolítico com

99,99% de pureza, sendo o cobre recozido o mais utilizado.

4.3. ISOLAÇÃO

A isolação tem como finalidade isolar o conductor eletricamente de outros conductores e a terra. Os

materiais usados para isolação dos cabos de potência podem ser do tipo:

• Estratificados: Papel impregnado
• Sólidos: - Termoplásticos
  • Termofixos 4.4.1 - MATERIAIS ESTRATIFICADOS

O cabo isolado com papel impregnado foi uma das primeiras soluções adotadas para o

transporte de energia com condutores enterrados.

O papel impregnado é utilizado nas seguintes configurações:

• Cabo com massa não-escoante;
• Cabo com óleo fluido (OF) sob pressão;
• Cabo à pressão de gás.

O papel impregnado com massa não-escoante é tradicionalmente utilizado em cabos de potência

para baixa e média tensões. Trata-se de material utilizado há muitas décadas, comprovando uma vida

útil excepcionalmente longa. A contínua evolução tecnológica do papel impregnado tem melhorado

ainda mais as suas características, produzindo novas gerações de cabos de excelente qualidade e alta

confiabilidade.

O papel impregnado com óleo fluido sob pressão é o único isolante actualmente disponível para

ser usado com plena confiabilidade em tensões até 500 kV.

Nos cabos à pressão de gás (nitrogênio ou SF6) os vazios existentes nas camadas de

papel são preenchidos com gás, aumentando bastante seu limite de ionização.

4.4.2 - MATERIAIS SÓLIDOS

É o tipo de isolação mais utilizada atualmente, tanto em cabos de baixa como nos de

média e alta tensões. Possuem diversas características comuns, porém cada tipo possui propriedades

específicas cujo conhecimento é determinante na escolha do material. Como características comuns

pode-se citar:

• Homogeneidade da isolação e boa resistência ao envelhecimento em serviço;
• Ausência de escoamento;
• Reduzida sensibilidade à humidade;
• Insensibilidade às vibrações;
• Bom comportamento ao fogo.

Os isolantes sólidos dividem-se em dois grandes grupos:

campo elétrico na isolação, além de evitar espaços ionizáveis. A camada metálica traz as seguintes

vantagens:

• Sob condição de curto-circuito é um caminho de baixa impedância para retorno da corrente;
• Desde que convenientemente aterrada, proporciona maior segurança, eliminando os riscos de choques

elétricos em caso de contato direto ou com a cobertura do cabo.

4.6 - PROTECÇÃO

Sua função básica é proteger o núcleo do cabo, tanto do ponto de vista mecânico, bem como sob o

aspecto da resistência aos agentes ambientais (químicos, intemperismo etc). Pode ser não metálica

(cobertura) e metálica (armação). O PVC é o tipo de cobertura mais utilizado.

5. MUFLA TERMINAL PRIMÁRIA OU TERMINAÇÃO

5.1 - INTRODUÇÃO

Dispositivo destinado a restabelecer as condições de isolação da extremidade de um condutor isolado

quando este é conectado a um conector nú. Tem a finalidade de reduzir o gradiente de potencial que

surge em torno da área seccionada do cabo. As figuras abaixo apresentam cabos elétricos com e sem

mufla e os aspectos dos seus campos elétricos.

7. PÁRA-RAIOS À RESISTÊNCIA NÃO-LINEAR

7.1 - INTRODUÇÃO

Equipamento destinado a proteção de sistemas elétricos contra sobretensões originadas por descargas

atmosféricas (origem externa) ou por manobras de chaves seccionadoras e disjuntores (origem interna).

7.2 - TIPOS DE PÁRA-RAIOS

• Carboneto de silício (SiC)
• Óxido de zinco (ZnO)

7.3 - PARTES COMPONENTES DE UM PÁRA-RAIOS

a) Corpo de porcelana: Constituído de porcelana vitrificada de alta resistência mecânica e dielétrica.

b) Resistores não-lineares: Blocos cerâmicos feitos a partir do SiC ou do ZnO. Possuem elevada

capacidade de condução da corrente de surto com baixas tensões residuais, ao mesmo tempo que

oferece alta resistência à corrente subsequente, fornecida pelo sistema.

c) Centelhador série: Constituído de um ou mais espaçadores entre eletrodos, dispostos em série com os

resistores não-lineares. É opcional para os pára-raios de ZnO.

d) Desligador automático: Constituído de um elemento resistivo colocado em série com uma cápsula

explosiva protegida por um corpo de baquelite. Serve como indicador visual de defeito no pára-raios.

É opcional no ZnO.

e) Protetor contra sobrepressão: Dispositivo destinado a aliviar a pressão interna devido a falhas

ocasionais do pára-raios e cuja ação permite o escape dos gases antes que haja o rompimento da

porcelana.

7.4 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

A figura a seguir mostra esquematicamente um pára-raios instalado numa linha

submetida a uma sobretensão.

Em condições normais de funcionamento a linha está isolada da terra pelo centelhador. Ocorrendo uma

sobretensão, o pára-raios conduz instantâneamente (aprox. 0,01 s).

7.5 - ESCOLHA DA TENSÃO NOMINAL DO PÁRA-RAIOS

É determinada em função da máxima tensão entre fases admissível no sistema e depende do faCtor de

aterramento desse sistema:

Para sistemas com neutro solidamente aterrado esse fator vale 0,8 e para sistemas com neutro isolado ou

aterrado através de impedância vale 1,0.

Exemplo:

Considere uma descarga atmosférica cuja corrente do raio seja de 15 kA, irrompendo num ponto do solo

distante 90 m de uma L.T. de 69 kV, cuja altura dos condutores ao solo seja de 11 m. Calcular a tensão

de surto resultante.

Este valor é bem inferior à tensão suportável de impulso (TSI) da L.T. que é de 350 kV.

7.6 - CONSIDERAÇÕES SOBRE RAIOS

• 90% das descargas atmosféricas seguem da nuvem para a terra.
• Descarga direta de raios:
  • 0,1% ≥ 200 kA
  • 0,7% ≥ 100 kA
  • 5% ≥ 60 kA
  • 50% ≥ 15 kA