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RTG Especialização

Especialização em Engenharia de Energia

Distribuição de Energia Elétrica I

Redes de Distribuição

Prof. Jonas Linhares Melo, M.Sc.

jonas.lm@gmail.com

APRESENTAÇÃO DOS MÓDULOS:

- Distribuição de Energia Elétrica IRedes de Distribuição

- Distribuição de energia elétrica IISubestações rebaixadoras

Distribuição de Energia Elétrica IISubestações de Distribuição

ROTEIRO

1. Histórico2. Introdução3. Rede primária de distribuição 4. Rede secundária de distribuição5. Critérios de projetos

Bibliografia e material de apoio:

Livros: 1)Introdução aos sistemas de distribuição de sistemas de distribuição de energia elétrica. Kagan, Oliveira e Robba, Ed. Blücher.2) Elementos de análise de sistemas de potência. Willian D. Stevenson. Ed. Mc Graw Hill.

Normas técnicas:NTD-08 CELG Critérios de projetos de distribuição aéreas urbanas – classes 15 e 36,2 kV.NTC-06 CELG Estruturas de redes de distribuição aéreas rurais – classes 15 e 36,2 kV.NTD-17 CELG Estruturas de redes aéreas protegidas – classes 15 e 36,2 kV.NTC-18 CELG Estruturas de redes aéreas isoladas em tensão secundária de distribuição – rev.2.NTC-64 CELG Simbologia para projetos de redes de distribuição de energia elétrica urbanas e rurais.

HISTÓRICO

Guerra das Correntes

Thomas Alva EdisonMilan,Ohio-EUA (1847-1931)

• O Feiticeiro de Menlo Park (The Wizard of Menlo Park),

• Registrou 2.332 patentes.

• Inventou a lâmpada incandescente a filamento.

• Fonografo.

• Cinematógrafo.

• Microfone de granulos de carvão.

• 1876 – Feira do centenário dos EUA: Edison conheceu o dínamo (geradorCC).

• 1876 – Abriu seu laboratório emMenlo Park-NJ.

• 1890 fundou a Edison General Electric CO, que agrupou seu diversosnegócios (conglomerado).

• 1880 –Edison patenteouseu sistema de distribuiçãode eletricidade e fundou a Edison Iluminating CO.

• 1882 – Iníciou a operação daestação geradora de Pearl Street (255-257) Nova Iorque. 110 Vccpara 85 consumidores, 400 lâmpadas. Máquina a vapor: 175hp, 700rpm.

• 1884: 508 consumidores, 10.164 lâmpadas.

• Pearl Station incendiou em 1890.

Nikola TeslaSmiljan-Império Autríaco (Sérvio (1856-1943)

• Seu trabalho teórico formou a base da comunicação sem fio por radio.

• Raio X.

• Controle remoto.

Nikola TeslaSmiljan-Império Autríaco (Sérvio) (1856-1943)

• Transmissão de energia elétrica sem fio.

• Financiado por J.P.Morgan.

• Wardenclyffe Tower(1901–1917) ou Tesla Tower.

• Contribuiu para o nascimento da eletricidade comercial em Corrente Alternada (CA).

• Motor CA.

• Sistemas polifásicos de energia.

George WestinghouseCentral Bridge, NY - EUA (1846-1914)

• George Westinghouse, empresário e engenheiro estadunidense, apoiou financeiramente o desenvolvimento de um sistema de transmissão elétrica através de corrente alternada.

George WestinghouseCentral Bridge, NY - EUA (1846-1914)

Guerra das Correntes1880 ~ 1900

• Disputa entre os sistemas de Edison (CC) x Tesla(CA).

• Havia diversas explicações para essa rivalidade. Edison era um experimentador voraz, mas não era matemático. A corrente alternada não pode ser devidamente entendida ou aproveitada sem um conhecimento substancial de matemática e física, o que Tesla possuía.

• Durante os primeiros anos de fornecimento de eletricidade, a corrente contínua foi determinada como padrão nos Estados Unidos e Edison não estava disposto a perder todos os direitos de sua patente.

• A corrente contínua funciona bem com lâmpadas incandescentes, responsáveis pela maior parte do consumo diário de energia, e com motores.

• Tal corrente podia ser diretamente utilizada em baterias de armazenamento, promovendo valiosos níveis de carregamento e reservas energéticas durante possíveis interrupções do funcionamento dos geradores.

• Os geradores de corrente contínua podiam ser facilmente associados em paralelo.

• Edison havia inventado um medidor para permitir que a energia fosse cobrada proporcionalmente ao consumo, mas o medidor funcionava apenas com corrente contínua.

• Até 1882, estas eram as únicas vantagens técnicas significantes do sistema de corrente contínua.

• A partir de um trabalho com campos magnéticos rotacionais, Tesla desenvolveu um sistema de geração, transmissão e uso da energia elétrica proveniente de corrente alternada.

• Tesla fez uma parceria com George Westinghouse para comercializar esse sistema.

• Westinghouse comprou com antecedência os direitos das patentes do sistema polifásico de Tesla, além de outras patentes de transformadores de corrente alternada, de Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs e dessa forma driblando o monopólio de patentes reivindicado por Thomas Edison.

• Campanha de Edison.

• Feira de Boston.

• Niagara. • 25Hz, 60Hz em 1950.

• (UHE da W &LT da GE)

• CC

• O sistema de distribuição de corrente contínua consistia de centrais de geração e alimentação com grossos condutores para a distribuição, derivando deles a fração destinada ao consumo doméstico (iluminação e motores).

• O nível de tensão foi escolhido por conveniência na fabricação de lâmpadas; lâmpadas de filamentos de carbono de alta resistência poderiam ser fabricadas para resistir a 100 volts e para fornecer iluminação de desempenho econômico comparável à iluminação a gás.

• Ao mesmo tempo, era sabido que 100 volts provavelmente não constituem um perigo grave de eletrocussão.

• CC

• Para poupar o custo dos condutores de cobre, era utilizado um sistema de três fios para a distribuição. Os três fios eram ligados a um potencial de 110 volts, 0 volt e -110 volts cada.

• A queda de tensão devida à resistência dos condutores do sistema era tão alta que as usinas geradoras tinham que se localizar dentro de uma milha (1 a 2 km), ou pouco mais, dos centros de consumo. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA.

• Tensões maiores não poderiam ser utilizadas tão facilmente com o sistema contínuo, pois não havia uma tecnologia eficiente de baixo custo que permitisse a redução de alta tensão para uma tensão mais baixa. EXCESSO DE CABOS.

• CA

• No sistema de corrente alternada,transformadores são utilizados entre o conjunto de alta tensão e os centros de consumo. Lâmpadas e máquinas pequenas assim podiam funcionar numa tensão menor conveniente.

• Para uma determinada quantidade de energia conduzida, a espessura do fio é inversamente proporcional à tensão utilizada.

• O comprimento máximo de uma linha de transmissão, dados o diâmetro do fio e a queda de tensão admissível, aumentaria aproximadamente com o quadrado da tensão de distribuição.

Perdas (W) = V . I

I = V /R e R = ρ . L / A

Perdas (W) = V² / R

Perdas (W) = V² . A / (ρ . L)

Para o mesmo cabo submetido a tensões difererentes:

Perdas1 (W) = V1² . A / (ρ . L1 )

Perdas2 (W)= V2² . A / (ρ . L2 )

Se as perdas forem as mesmas :

V1² . A / (ρ . L1 ) = V2² . A / (ρ . L2 )

V1² / L1 = V2² / L2

(V1 / V2 ) ² = L1 / L2

Para um mesmo cabo (mesmo material e diâmetro), mantidas as perdas, o comprimento aumenta com o quadrado da relação entre as tensões.

Corente Alternada no Mundo

• Europa = 220-240 Vca, 50 Hz

• EUA = 120 Vca, 60 Hz

• Brasil = 220Vca, 60 Hz (110Vca, 60Hz)

Sistemas CC remanescenes

• Helsink, Finlandia Até 1940

• Estolcomo, Suécia 1970

• Nova Iorque:

– 1998 = 4800 consumidores.

– 14/11/2007 (último consumidor CC “desligado”)

Uso de CC hoje: HVDC

• High Voltage Direct Current.

• Eletrônica de potência.

• Elos de corrente contínua.

• Transmissão em longas distâncias.

INTRODUÇÃO

SISTEMA DE TRANSMISSÃO

Características Físicas das

Linhas Aéreas de Transmissão

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

CABOS ELÉTRICOS

• Alta condutibilidade elétrica.

• Baixo custo.

• Boa resistência mecânica.

• Baixo peso específico.

• Alta resistência à corrosão

– Poluição, maresia.

CABOS ELÉTRICOS

Materiais com estas características

(não atendem perfeitamente às

cinco características acima):

• Cobre.

• Alumínio.

CABOS ELÉTRICOS

• Fios e cabos

• Cabos são encordoamentos de condutores:

• Relação entre número de camadas (x)

e o número de fios(N) de um cabo:

N = 3 . x ² + 3 . x + 1

CABOS ELÉTRICOS

• Relação entre número de camadas (x)

e o número de fios(N) de um cabo:

N = 3 . x ² + 3 . x + 1

CABOS ELÉTRICOS

• Bitola dos cabos:

• BRASIL mm² (milímetros quadrados).

• EUA CM (circular mil).

CABOS ELÉTRICOS

• Bitola dos cabos:

• EUA CM (circular mil).

– 1 CM (um circular mil) é a área de

uma circunferência cujo diâmetro

é um milésimo de polegada

= 645,16 x 10-6 mm².

1 MCM = 1.000 CM.50

CABOS ELÉTRICOS

• CA Cabos de alumínio.

– Nome de flores.

• CAA Cabos de alumínio com

alma de aço.

– Nomes de aves.51

CABOS ELÉTRICOS - CA

CABOS ELÉTRICOS - CAA

ISOLADORES

• Função:

–Suporte.

–Isolamento.

ISOLADORES

• De porcelana vitrificada

• De vidro temperado

• Polimérico.

ISOLADORES

• Pino.

• Pilar.

• Suspensão.

ISOLADORES

• Suporte:

• Peso.

• Tração.

• Pressão dos ventos.60

ISOLADORES POLIMÉRICO DE PINO

ISOLADORES DE SUSPENSÃO DE PORCELANA VITRIFICADA

ISOLADORES DE SUSPENSÃO DE VIDRO TEMPERADO

ISOLADORES DE SUSPENSÃO

ISOLADORES DE SUSPENSÃO DE PORCELANA VITRIFICADA

ISOLADORES POLIMÉRICO DE SUSPENSÃO

ISOLADORES DE PILAR

EFEITO CORONA

• Efeito Corona:

Gradiente de potencial elevado.

Campo elétrico maior que 3000 kV/m,

ioniza a atmosfera.

EFEITO CORONA

• Efeito Corona:

Campo elétrico maior que 3000 kV/m,

ioniza a atmosfera.

Exemplo: Campo elétrico = tensão /perímetro

Cabo Ostrich / 300 MCM / Diâmetro = 17,28 mm

T / ( π . D ) > 3000 kV / m

T / ( π . 17,28 . 10-3 ) > 3000 kV / m

T > 162,86 kV (F-N) ou 282,08 kV (F-F)69

EFEITO CORONA

• Corona causa:

–Perdas elétricas.

–Radiointerferência.

–Ruídos sonoros.

EFEITO CORONA

• Como reduzir seus efeitos:

– Anéis de corona.

– Cabos múltiplos (mais de um cabo por fase).

EFEITO CORONA

Elo de CC

Características elétricas das linhas aéreas de transmissão: parâmetros elétricos.

• Resistência ôhmica (Ω/m) - R.

• Indutância (H/m) - L.

• Capacitância (F/m) - C.

• Admitância (mho/m) – G. Desprezível.80

• Resistência ôhmica (Ω/m) - R.

• Indutância (H/m) - L.

• Capacitância (F/m) - C.

• Admitância (mho/m) – G. Desprezível.81

• Modelo de representação elétrica de linhas de distribuição

• Até 80 km

• De 80 a 240 km (modelo ∏ )

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