As subestações de energia são instalações dedicadas para realizar diversas funções fundamentais no sistema elétrico, como transmissão, manobra e controle, distribuição e adequação do nível de tensão para o consumo. Segundo as principais normas técnicas brasileiras de média e alta tensão temos que possuir um sistema autônomo que mantenha alimentado certas cargas na interrupção de fornecimento de energia da subestação. Esse sistema auxiliar pode ser de 2 tipos basicamente:
– Sistema Auxiliar CA: Através de Nobreaks e/ou Geradores a Diesel
– Sistema Auxiliar DC: Através de Baterias e Carregador
No artigo de hoje vamos falar de algumas considerações importantes na hora de se dimensionar sistemas DC em subestações de média e alta tensão.
Entendendo o Sistema DC
O sistema auxiliar DC é composto basicamente de um conjunto ou banco de baterias e seus carregadores. Normalmente por se tratar de instalações críticas ao funcionamento do sistema elétrico, é adotado uma solução de compromisso que traga redundâncias para esse sistema aumentando sua confiabilidade. Sendo assim é comum de ser adotado dois carregadores de mesma capacidade, sendo um reserva, já que o principal ponto de falha nesse tipo de sistema são os carregadores.
A tensão nominal do sistema DC é definido na etapa de projeto da subestação. Um valor comum para esse sistema é 125Vcc. Segundo recomendação contida na NBR8769/85 deve-se ter uma faixa de operação para esse sistema preferencialmente compreendida entre 80 a 110% do valor nominal. Considerando um sistema de 125V teríamos os seguintes valores para as tensões mínima e máxima:
É utilizado tipicamente baterias do tipo chumbo-ácida. Para dimensionar quantos elementos formarão o banco deve-se determinar alguns parâmetros importantes. Existem alguns valores de tensão das células que dependem do tipo de composição e devem ser informados pelo fabricante para dimensionamento do banco de baterias no qual podemos destacar:
– Tensão de flutuação por elemento (Vfl)
– Tensão final de descarga por elemento (Vfn)
– Tensão de equalização por elemento (Veq)
Para se determinar o número de células necessárias para o banco realiza-se os seguintes cálculos:
Deve-se escolher o número de células mais próximo dos valores calculados acima e de forma que a tensão final de equalização não supere a tensão máxima permitida.
Dimensionamento do Sistema DC
O sistema DC é responsável por alimentar circuitos cruciais para intervenções de manutenção e operação da subestação na falta do sistema auxiliar CA da subestação, devendo manter minimamente a alimentação de algumas cargas. Podemos citar alguns exemplos:
- Circuito de Iluminação de emergência do pátio
- Circuito de Iluminação de emergência da casa de comando e controle
- Relés de Proteção
- Bobinas de Abertura e Fechamento dos Disjuntores
- Motores para carregamento da mola de fechamento dos Disjuntores
Essas cargas podem ser divididas ainda em 2 grupos distintos:
- Cargas Permanentes: Essas cargas irão ser alimentadas pelo sistema CC durante todo o período de emergência, ou seja, durante todo o período de falta de alimentação CA. São exemplos de cargas permanentes os relés de proteção, dispositivos IED’s como PLC, sistemas supervisórios, etc.
- Cargas Temporárias: Essas cargas serão acionadas somente em momentos específicos durante o período de emergência, como por exemplo acionamento da motorização do disjuntor, chave seccionadora, as bobinas de abertura e fechamento, etc.
Já vimos anteriormente como se define o número de elementos que irão compor o banco. Precisa-se ainda definir a capacidade nominal do banco baseado na potência total das cargas alimentadas. A bateria deve ser capaz de liberar uma certa quantidade de energia até o momento que a tensão começa a cair. É normatizado de se realizar esse cálculo considerando que a bateria deve fornecer 10A em 1h. Existe um processo simplificado para calculo dessa capacidade nominal, cuja fórmula pode ser descrita abaixo:
C_10 – Capacidade nominal do banco de baterias, em Ah, para uma descarga em 10 horas;
I_e – corrente das cargas dos circuitos de emergência em A;
N_d – Número de disjuntores que simultaneamente devam ser operados;
I_md – corrente dos motores de carregamento das molas de fechamento dos disjuntores em A;
Se tratando de baterias, a temperatura do local onde está instalada influencia diretamente sobre sua capacidade nominal. Em locais com temperatura elevada deve ser aplicado um fator de correção que diminua sua capacidade nominal e locais de temperatura baixa um fator para aumentar sua capacidade nominal. Existem tabelas de correção a depender do material da bateria e a temperatura local a ser considerada.
CONCLUSÃO
O sistema auxiliar com autonomia na subestação é o coração da instalação. É através dele que cargas extremamente importantes para a operação e manutenção da subestação estarão aptos a funcionar na falta de energia. O dimensionamento correto e bem feito desse tipo de sistema é uma das etapas de projeto em que se deve ser mais criterioso levando em consideração as principais normas e referências técnicas existentes, sendo recomendado para um entendimento mais profundo do assunto a leitura da norma IEEE-485-2020.
Por: Mesh Engenharia
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