Aula 01 - Funcionamento Do Sistema Energetico (1)

7/24/2019 Aula 01 - Funcionamento Do Sistema Energetico (1)

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Instalaes Eltricas de Alta Tenso I

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I - FUNCIONAMENTO DO SISTEMA ENERGTICO

APRESENTANDO A AULAVoc conheceu, nas aulas anteriores,

diversas fontes de eletricidade, como hidreltrica,termeltrica, usina nuclear, etc. Viu tambm queexistem fontes alternativas de energia. Mas voc

sabe qual a energia eltrica que chega at suacasa ou comrcio? Nos dias atuais, essasdiversas fontes esto todas interligadas por meiodo sistema energtico.

Pois bem, esse sistema energtico ourede eltrica transporta toda a energia produzidana fonte (extremidade do sistema) at osconsumidores (outra extremidade). Mas voc sabecomo funciona esse complexo sistema? Oumesmo do que constitudo? Conhecer de quemaneira esse importante sistema funciona e seuscomponentes d o suporte para gerenciar econtrolar tais recursos. Nesta aula vamos

conhecer mais sobre o funcionamento do sistemaenergtico.

DEFININDO OBJETIVOSAo final desta aula, voc dever ser capaz de:- relembrar as fontes geradoras de eletricidade.- aprender o funcionamento da rede eltrica.- identificar cada parte que compe o grandesistema energtico.

SISTEMA ELTRICOO funcionamento do sistema eltrico ou

energtico amplo e complexo. Dependendo de

onde a energia eltrica gerada, a distncia atsua casa pode ultrapassar vrios estados dafederao. Essa distncia, em alguns casos, devido ao lugar onde tem melhor condio para aconstruo da fonte geradora, como, por exemplo,uma queda dgua que necessria para aconstruo de uma hidreltrica. No emqualquer lugar que tem uma cachoeira ideal paraconstruir uma hidreltrica.

Figura 01: Rede Eltrica

Mas a fonte geradora s a primeira partedesse grande sistema, ou seja, o sistemaenergtico ou rede eltrica (Figura 1).

Basicamente, uma rede eltrica formada por:fonte geradora, subestao elevadora, linha detransmisso, subestao abaixadora, rede dedistribuio com transformador de fora e, porltimo, o consumidor. Mas voc conhece cada um

desses componentes do sistema? Ento,acompanhe nas prximas pginas.

Fonte GeradoraA produo de eletricidade ocorre em uma

usina geradora que pode ser de qualquer um dostipos estudados nas aulas anteriores. Mas vocsabe onde o Brasil tem fontes de energia e lembraquais os tipos? Veja s, nosso pas, devido extenso continental, possui vrios tipos de fontesde energia, em praticamente todos os estados,Figura 2.

Figura 02: Distribuio da Energia no TerritrioBrasileiro

J os tipos de fontes de energias foramaquelas estudas nas aulas anteriores:hidroeletricidade, termoeletricidade,nucleoeletricidade e energias renovveis. Vamosrelembrar cada uma delas?

Na hidroeletricidade, dois tipos de usinas

podem produzir eletricidade: a mareomotriz e ahidreltrica. Ambas funcionam pelo movimentodas guas; a primeira pela fora das mars e altima devido ao acmulo de gua por umarepresa.

Depois tem a termoeletricidade, em que atermeltrica queima combustveis fsseis comoleo diesel ou carvo. J uma usina geotrmica,aproveita o calor do interior da Terra. Ainda tem anucleoeletricidade, na forma de usinas nucleares,que realizam a fisso nuclear como meio deproduzir calor.

Mais recentemente, passaram a funcionar,

fornecendo eletricidade para rede eltrica, asfontes alternativas como usinas elicas (movidaspelos ventos) e usinas solares, de duastecnologias distintas. A primeira do tipo
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fotovoltaica que produz energia CC (correntecontnua) e a segunta do tipo heliotrmica, em quea energia solar refletida por um espelho econcentrada no ponto focal para aquecer umlquido de trabalho.

Mas seja qual for a fonte (Figura 3), oprincpio de funcionamento e o recurso naturalutilizado, todas essas fontes (com exceo dafotovoltaica) tm um objetivo em comum: produzirenergia mecnica de movimento para que o rotordo gerador eltrico gire e, com isso, a eletricidadeseja produzida.

Figura 03: Fontes de Energia Renovveis e No-Renovveis

O gerador eltrico pode ser de dois tipos:dnamo para gerao de corrente contnua, muitoutilizado em bicletas para fornecer eletricidade aofarolete delas e tem, tambm, o alternador paragerao de corrente alternada; este, sim, utilizadonas fontes de eletricidade citadas anteriormente.

Eletricidade Alternada - CAOs alternadores recebem esse nome por

causa da energia eltrica alternada que elesproduzem. A eletricidade alterna de polaridade.Ora fica no semiciclo positivo, ora no semiciclonegativo, formando uma senoide. Para uma

frequncia de 60Hz, que temos em nossasresidncias, essa alternncia ocorre 60 vezes porsegundo. Se fosse possvel ligar um equipamentodo tipo Oscilocpio (Figura 4) em uma tomadaresidencial, veramos na tela do equipamento umasenoide, conforme a tela na Figura 04.

Figura 04: Oscilocpio

Lembrando que senoide ou curva seno qualquer curva que obedea funo trigomtricado tipo f(x)=seno(x). Para a regio Nordeste, ondea tenso monofsica 220V eficaz ou RMS (doingls root mean square ou valor quadrticomdio), o que veramos na tela, na verdade, seriauma senoide com valor de pico igual a 310V,aproximadamente.

Mas voc pode estar se perguntando: porque usar energia alternada e no contnua? Vejas, a energia alternada , neste caso, melhor doque a contnua porque:

a) o gerador eltrico produz eletricidade CA

naturalmente, graas ao giro do rotor. Epara conseguir eletricidade CC, basta umaconverso utilizando um retificador como,por exemplo, o eliminador de pilhas.

b) a energia CC mais fcil de ser obtida apartir da energia CA do que obter CA apartir de CC, que muito caro.

c) a rede eltrica s opera por causa dostransformadores de energia, e estesprecisam de energia CA para funcionar.

d) a energia CA, quando transmitida emlongas distncias, sofre menos perdas noscabos do que a energia CC.

Trifsica versus MonofsicaO gerador eltrico ou alternador possui

trs bobinas de fios (ou fases) defasadas (ouseparadas fisicamente) de 120 uma da outra. NaFigura 5a, as bobinas so representadas por BY,AX e CZ e na Figura 5b as tenso geradas soV1, V2 e V3. No Nordeste, o valor da tensotrifsica de 380V eficaz.

Utilizar trs fases em um gerador melhordo que uma ou duas fases porque, em qualquerinstante de tempo t, o valor de v(t)(Figura 5b), em,pelo menos, uma das fases, est prximo do pico,

o mesmo no aconteceria se fosse uma ou duasfases, porque, em alguns instantes de t,o valor dev(t) cruzaria o zero volt.


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(a) Gerador Eltrico Trifsico

(b) Tenses Trifsicas GeradasFigura 05: Esquemas Eltricos

SUBESTAO ELEVADORA OU DETRANSMISSO

Este o segundo componente da redeeltrica, localizado prximo da fonte geradora ouusina eltrica. A energia, quando sai do gerador

(por volta de 13,8kV), segue para uma subestaoelevadora, onde a tenso ser aumentada antesde ser transmitida para os grandes centros.

O principal equipamento de umasubestao o transformador de potncia. Nestecaso, ele recebe no primrio (entrada) 13,8kV, porexemplo, e eleva no secundrio (sada) para: 230,345, 440, 500, 525, 600 ou 765kV.

A Tabela 1 apresenta uma parte daquantidade de subestaes e transformadoresempregados no sistema eltrico brasileiro.

Essa necessidade de elevar a tenso paranveis adequados de transmisso para reduzir

as perdas de energia que acontecem em longasdistncias. Para entender melhor essanecessidade, observemos a seguinte equao:

IVP

Nela, a potncia P constante, sendoassim, s possvel alterar as intensidade de VeI,para que Pno mude. Ento, se a tenso Vforaumentada, a corrente I diminui. Com isso, asperdas por aquecimento nos cabos (efeito Joule)sero mnimas, j que as perdas so diretamenteproporcionais ao valor da corrente I.

Tabela 01Quantitativo do Sistema Horizonte2007/2009

Nvel deTenso (kV)

QuantidadeTransformadores Subestaes

765 17 4600 16 2525 56 41

500 168 110440 95 27345 184 66230 753 400

ATIVIDADE 01Agora, pare um pouco e responda a atividade aseguir. Ela deve ser feita antes de prosseguir nosestudos da aula. Com base no que estudamos atagora, responda:01. Quais os componentes do sistema energtico?02. Escolha dois componentes do sistema eexplique seu funcionamento.

03. Cite duas vantagens da eletricidade seralternada.04. Por que a tenso precisa ser aumentada antesde ser transmitida?

LINHA DE TRANSMISSO o terceiro componente da rede eltrica a

interligar uma subestao elevadora com outrasubestao, s que abaixadora. Essa interligao feita por meio de cabos instalados em grandetorres metlicas de transmisso de energia, Fig. 6.

Figura 06: Torre de Transmisso

Essas torres de transmisso soinconfundveis e visveis de longe, sempresustentando, no mnimo, trs cabos, sendo um porfase. comum a instalao de um feixe de cabos,onde cada fase possui dois ou quatros cabos, aoinvs de um s. Tal estratgia tambm paradiminuir as perdas na transmisso. E, na partemais alta da torre, tambm tem um ou dois cabosinstalados que servem de para-raios ou cabo-guarda.

A altura dessas torres varia com a tensode transmisso, por exemplo, para tenso de345kV, altura mdia de 30m; para 500kV, altura

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mdia de 41m; e para 765kV, altura de 60m(UNICAMP, 2009).

A Tabela 2 apresenta as distncias totaisde linhas de transmisso existentes no Brasil.

Tabela 02Sistema de Transmisso Horizonte2007/2009

Tenso (kV) ExtensoTotal (km)

Quant.

765 2.698,00 9600 4.044,00 5525 5.225,65 44500 29.643,97 200440 6.829,93 54345 9.360,32 131230 44.056,21 747

Para cada nvel de tenso em operao,foi computada a quilometragem e a quantidade de

linhas. A partir dos dados acima, possvelcalcular a distncia mdia de cada linha detransmisso, para isso basta dividir a extensototal da linha pela quantidade de linhas detransmisso.

SUBESTAO ABAIXADORA OU DEDISTRIBUIO

o quarto componente do sistema eltricoe faz conexo entre sistemas de tensesdiferentes. O transformador da subestaoabaixadora recebe energia da transmisso nasmais diversas tenses existentes como: 230, 345,

440, 500, 525, 600 ou 765kV, e rebaixa paradistribuio, em geral, para 13,8kV (ou mdiatenso).

Voc sabe identificar os componentes daFigura 7? Ento veja que quase no centro possvel observar a existncia de umtransformador de potncia (caixa cinza). esquerda dele, chega o barramento de alta tensoda rede de transmisso de energia. J direita dotransformador, possvel ver a sada dobarramento da rede de distribuio.

Figura 07: Subestao de Distribuio

Esse tipo de subestao tem as seguintescaractersticas:

a) ter funo inversa da subestaoelevadora;

b) ter barramento de sada com ramais dedistribuio;

c) possuir disjuntores e chavesseccionadoras (equipamentos de proteoe manobra) capazes de desconectar aslinhas que chegam e que saem.

REDE DE DISTRIBUIOA rede de distribuio vem da subestao

abaixadora e formada por poste de concreto oumadeira, de onde, da parte mais alta, sustentadapor uma cruzeta, saem os trs cabos de energia,em mdia tenso.

Mas voc pode se perguntar: que outroscomponentes so esses da Figura 8? Acompanhe,na parte mais alta, a rede de mdia tenso. Maisabaixo, no meio da figura, ocorre uma derivaona rede de distribuio. A cruzeta tem trs chaves

fusveis, que servem para proteger otransformador de sobrecarga.

Figura 08: Rede de Distribuio com Transformador

E, na parte mais baixa da figura, existe umtransformador de fora que recebe energia em13,8kV, por exemplo, e rebaixa para nveis deconsumo como 380V trifsico e 220V monofsico.

Observe que, atrs do transformador,passam quatros fios. Esses fios so as trs fasese o neutro do sistema, de tal forma que, seligarmos um equipamento para medir tenso e

tocarmos em duas fases, o equipamento registrar380V. Agora, se ligarmos o equipamento etocarmos em uma fase e no neutro, oequipamento ler 220V. Essas so as tenses quepodemos ter nas residncias e comrcios naregio Nordeste.

CONSUMIDORA energia produzida pela usina viajou por

centenas de quilmetros at chegar ao destinofinal, o consumidor. A razo da existncia dosistema eltrico , portanto, atender asnecessidades do consumidor. Eletricidade para

trabalhar, estudar, descansar, brincar, etc.Mas voc sabe como a energia entranuma casa? Pois bem, a Figura 9 representa bema ligao do consumidor com a rede dedistribuio. Se a residncia for alimentada com


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energia monofsica, a ligao do poste ser entreuma fase e o neutro. Depois disso, os fios seguempor uma tubulao at a caixa de medio, ondeficar o medidor monofsico, com a finalidade deregistrar o consumo de energia eltrica doconsumidor. O medidor de propriedade daconcessionria local de energia. Somente seusfuncionrios podem mexer no medidor.

Figura 09: Ligao do Consumidor com a Rede deDistribuio

Aps a fiao sair da caixa de medio,segue para o quadro de distribuio dentro da

casa. Nele, so ligados os circuitos terminais pormeio de disjuntores termomagnticos. Os circuitosterminais podem alimentar a iluminao, astomadas de uso geral, ou tomadas de usoespecfico como chuveiro eltrico ou mquina delavar, por serem cargas de maior potncia.

Os disjuntores termomagnticos sodispositivos de proteo contra curto-circuito esobrecarga, protegendo os equipamentos dequeimarem. Mas voc sabe qual dispositivoprotege o ser humano? o dispositivo DR,diferencial residual. Ele uma espcie de sensorque fica medindo a todo tempo as correntes de

entrada (+I) e sada (-I) de um circuito (Figura10a). Normalmente, essas duas correntespossuem o mesmo valor, mas so de sinaisopostos por percorrerem o circuito em direescontrrias. Logo, a soma dessas duas correntes igual a zero (Figura 10b), permitindo ofuncionamento normal do circuito. Mas seacontecer da corrente fluir para a terra (no caso deum choque eltrico), essa soma ser diferente dezero (Figura 10c), fazendo o DR funcionar,provocando a abertura do circuito, eliminando acirculao de corrente para a terra (eliminando ochoque).

Assim, se uma pessoa tocar em umatomada que tenha um DR instalado, ao menorsinal de fuga de corrente, neste caso um choqueeltrico, o DR atuar, abrindo o circuito e

eliminando a passagem de corrente eltrica pelapessoa, protegendo-a assim de um dano maisgrave.

Figura 10: Funcionamento do DR

ATIVIDADE 02

Esta atividade ajudar na fixao das informaesque voc acabou de receber. Com base no queestudamos at agora, responda:01. Escolha na Tabela 2 trs nveis de tenso ecalcule a distncia mdia dessas linhas detransmisso.02. Quais equipamentos de proteo e manobraconstituem uma subestao abaixadora? Qual afuno deles?03. Para que serve o transformador de forainstalador na rede de distribuio de energia?04. Qual percurso a eletricidade faz do poste dedistribuio at chegar tomada ou lmpada de

uma residncia?05. Explique, com suas palavras, o funcionamentode um diferencial residualDR.

RESUMINDONesta aula, voc relembrou as principais fontesgeradoras de energia eltrica comohidroeletricidade, termoeletricidade, etc. Voctambm aprendeu um pouco sobre ofuncionamento da rede eltrica (ou sistemaenergtico). E conheceu os componentes bsicosdesse sistema e como a eletricidade percorrelongas distncias desde a fonte, sendo

transformada nesse caminho at chegar at oconsumidor final.

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