cap1_conceitos_basicos

8/17/2019 CAP1_CONCEITOS_BASICOS

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Capítulo 1 – Conceitos Básicos

I - 1

Capítulo 1

CONCEITOS BÁSICOS

1. Introdução

Antes de uma análise particular dos principais equipamentos elétricos,

vamos neste capítulo apresentar uma série de informações de caráter geral.

Os sistemas elétricos têm por objetivo básico atender a demanda de

energia elétrica de suas cargas dentro de certos critérios de qualidade de

fornecimento de energia.

A estrutura geral de um sistema elétrico está apresentada na Figura I-2.

Os parâmetros básicos que definem as características funcionais e construtivas dos

equipamentos elétricos estão ligados as condições de operação em regime

permanente e principalmente no transitório dos sistemas elétricos.

Um equipamento que na operação normal está submetido a uma corrente

de alguns amperes pode durante a ocorrência de um curto-circuito ser submetido

transitoriamente a correntes da ordem de alguns kA. Equipamentos que operam

numa faixa de tensão de 500 kV, por exemplo, podem ser submetidos

transitoriamente a tensões da ordem de 500kV. De modo, que é fundamental o

estudo dos fenômenos transitórios e de regime permanente para a corretaespecificação dos equipamentos.

Além destes aspectos, a correta especificação dos equipamentos exige

análise de certas características da instalação, como:

a) Altitude do local a ser instalado


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I - 2

b) Exposição à sujeira ou pó prejudicial

c) Temperaturas máxima e mínima do local a ser instalada

d) Limitações de espaço

e) Exigência de níveis de ruído e/ou rádio-interferência

f) Necessidade de proteção especial de pessoas contra contatos acidentais com

partes vivas.

g) Dificuldades de manutenção

Após a revolução industrial, a energia elétrica assumiu um papel decisivo

no mundo moderno e a cada dia o consumo de energia vem sendo incrementado.

Esta importância da energia elétrica está associada a três fatores:

a) Facilidade de se converter qualquer forma de energia em energia elétrica.

b) Facilidade de se transmitir esta energia através de grandes distâncias com custo

relativamente baixo.

c) Facilidade de se converter energia elétrica em outras formas de

energia utilizadas na vida moderna em eletrodomésticos, bombas, lâmpadas,

elevadores.

Com este consumo de energia crescendo dia após dia, a produção de

energia obrigatoriamente teve que acompanhar este ritmo. Nos sistemas elétricos a

energia é produzida pelo processo de conversão de energia, isto é:

a) Pela utilização de energia térmica em energia mecânica através de turbinas à

vapor, turbinas à gás e motores diesel.

b) Pela utilização da força das quedas de água para acionar turbinas hidráulicas.


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I - 3

c) Pela conversão da energia solar em energia elétrica.

d) Pela conversão de energia eólica em energia mecânica e desta em elétrica

Esta energia elétrica é gerada em centrais de geração através de

máquinas síncronas que operam normalmente com tensões nominais abaixo de

25kV. No Brasil, estas centrais são predominantemente hidrelétricas e na sua quase

totalidade estão situadas longe dos grandes centros de carga.

O transporte de energia das centrais de geração até os centros de carga

são realizadas pelas linhas de transmissão, elas são as “artérias” dos sistemaselétricos. O crescimento econômico e populacional, as restrições ambientais e o uso

corrente de energia elétrica levaram progressivamente a necessidade de mais

linhas de transmissão ocupando o menor espaço possível.

A solução natural foi o emprego de níveis de tensão cada vez maiores

para a transmissão de energia elétrica, praticamente dobrando a cada 20 anos.

Apareceram assim linhas em 69 kV, 138 kV, 345 kV, 500 kV e 750 kV. O primeiro

sistema elétrico em 765 KV entrou em operação em 1965 no Canadá (735 KV da

Hydro Quebec). No Brasil, atualmente, o maior nível de tensão é o de 765 KV do

sistema de Itaipu.

Para ilustrar este fato apresentamos a Figura I-1 que procura dar uma

idéia do aumento da capacidade de transmissão a medida que se eleva o nível de

tensão. O tamanho das estruturas e a ocupação de espaço físico estão em uma

mesma escala. Para valores típicos de transporte apresentados na Figura I-1,

concluímos que uma linha de 765 kV carrega o equivalente a 30 linhas de 138kV,

com uma estrutura de transmissão de mais ou menos o dobro do tamanho daquela

de 138 kV.


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I - 4

Figura l-1 – Comparação de estruturas de diferentes tipos de tensão

O controle do fluxo de energia elétrica é realizado nas subestações ao

longo do sistema elétrico. Nas subestações a energia é transformada para níveis detensão mais adequados, permitindo o transporte de energia de forma mais segura e

econômica.

Para que os sistemas elétricos cumpram seu objetivo, são necessárias

diversas subestações com diferentes funções, desde as centrais de geração até os

grandes centros de carga.

Uma subestação é um conjunto de equipamentos usados para controlar,

modificar, comandar, distribuir e direcionar o fluxo de energia elétrica em um

sistema elétrico. Elas tem uma ou mais das seguintes funções:

a) Transformação, modificando as grandezas características do fluxo de potência

através do uso de transfor-madores.

b) Manobra, redistribuindo o fluxo de potência modificando a configuração do

sistema elétrico.

c) Seccionamento, limitação dos comprimentos de linhas de transmissão,

aumentando a confiabilidade.


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I - 5

d) Distribuição, subdividindo o fluxo de potência para atender diversos

alimentadores, destinados geral-mente a suprir a demanda de consumidores indus-

triais ou residenciais

2. Estrutura Geral de um Sistema Elétrico

A estrutura geral de um sistema de potência pode ser visualizada através

da Figura I-2. Nesta figura estão mostrados as diferentes partes constituintes de um

sistema elétrico caracterizados por diferentes níveis de tensão separados por

transformadores.

Figura I-2 - Esquema geral de uma sistema elétrico de potência


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I - 6

A produção de energia é formada por centrais de geração constituída por

um conjunto de geradores síncronos. Estes geradores por limitações físicas não são

fabricados em tensões acima de 25 KV e são movidos por máquinas primárias ou

turbinas.

As usinas hidrelétricas e termelétricas são os dois tipos mais comuns de

centrais de geração. A Figura I-3 mostra o perfil típico de uma usina hidrelétrica,

onde a energia potencial da água armazenada no reservatório é transformada em

energia cinética e energia de pressão dinâmica pela passagem da água pelos

condutos forçados. Ao fazer o acionamento da turbina hidráulica, essa energia é

convertida em mecânica que por sua vez transmite pelo eixo ao gerador, onde

finalmente a energia mecânica é convertida em energia elétrica.

Figura l-3 - Perfil típico de uma usina hidrelétrica

A transmissão num sistema elétrico constitui um conjunto de linhas de

transmissão e subestações que operam em níveis de ultra alta tensão ( tensões

acima de 500 KV ) e extra alta tensão ( tensões acima de 138 KV e 500 KV ) como

função transportar grandes blocos de potência dos centros de geração até as

subestações de maior carga do sistema elétrico, geralmente em volta de grandes

centros urbanos ou industriais.


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I - 7

Dentro dos sistemas de transmissão destacamos as linhas de interligação

(“tie lines”) que interligam sistemas elétricos permitindo: um aumento da

confiabilidade de ambos os sistemas, uma possibilidade de um intercâmbio de

energia entre os diversos sistemas de acordo com as disponibilidades e

necessidades diferenciadas, uma redução nos custos da construção, na operação emanutenção de unidades de reserva.

A subtransmissão consiste de um conjunto de linhas e subestações que

operam em níveis de E.A.T. e A.T. ( alta tensão, tensões entre 69 KV e 138 KV)

com a função de distribuir a energia entre às subestações situadas em torno de

grandes centros urbanos e industriais.

É importante salientar que não existe uma separação clara entre os

circuitos de transmissão e subtransmissão. O aumento de demanda na carga torna

geralmente necessário superpor uma nova rede numa tensão mais alta a uma já

existente, fazendo com que uma rede que era de transmissão passe a ser de

subtransmissão.

O nível de distribuição constitui a malha mais refinada do sistema elétrico;

nele, são alimentados a partir de subestações de distribuição, pequenos e médios

consumidores. Usualmente dois níveis de tensão de distribuição são utilizados: o de

distribuição primária com tensões da ordem de 15 KV (13.8 KV) e outra de

distribuição secundária com tensões abaixo de 500V (380V/220V/110V). O nível de

subtransmissão é o responsável pela interligação das diversas subestações de

distribuição de uma dada área geográfica e tem tensões entre 13.8 KV e 138 kV.

Hoje, toda a estrutura de um sistema elétrico é gerenciada e monitorada

continuamente em sistemas de controle computadorizados. O aumento do tamanho

e da complexidade dos sistemas elétricos, acarretou a necessidade de ferramentas

eficientes para garantir a confiabilidade e a qualidade do fornecimento de energia

elétrica a um baixo custo. Cada importante nó ou barra de um sistema elétrico tem

suas ações de comando e supervisão locais realizadas por uma U.T.R. (unidade

terminal remota). As unidades terminais remotas de uma dado conjunto de

subestações é comando e controlado por centros de controle regionais.


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I - 8

Centros de controle regionais centralizam todas as informações, ações e

dados regionais a partir de ações definidas pelo Centro de Controle Principal ou

Geral.

O Centro de Controle Principal é modernamente constituído por umconjunto de computadores que operam o sistema elétrico tomando decisões a partir

de dados e informações geradas por estudos on-line e off-line.

As funções de sistemas de controle deste tipo vão desde de funções

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - controle supervisório e

aquisição de dados) até operação econômica, verificando o desempenho e a

segurança na rede, de modo a manter adequados os padrões de qualidade equantidade de energia suprida ao longo do tempo.

A Figura I-4 mostra um esquema de um sistema de controle supervisório

deste tipo.

Figura I-4 – Sistema de Controle Supervisório


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I - 9

2. Equipamentos de um Sistema Elétrico

Os equipamentos de um sistema elétrico são divididos em:

- equipamentos principais- equipamentos de manobra

- equipamentos de medição, proteção e controle, e ainda em

- equipamentos de serviços auxiliares

Os equipamentos principais são aqueles que atuam diretamente no fluxo

de potência, modificando-o. Nestes equipamentos, se enquadram:

- os transformadores de potência,

- os reatores de derivação,

- os bancos capacitores,

- os compensadores síncronos e estáticos,

- os compensadores série, e

- os geradores síncronos.

Um sistema elétrico de corrente alternada opera em cada um de seus

trechos com a tensão mais conveniente, tanto do ponto de vista técnico quanto

econômico. Esta enorme flexibilidade é obtida através de transformadores,

equipamentos estáticos, de alta eficiência e grande confiabilidade. Eles podem ter a

função de elevar as tensões de geração para as tensões de transmissão

(denominados trafos elevadores), podem ter a função de interligar partes do sistema

de transmissão (denominados trafos de interligação), e finalmente, podem ter a

função de abaixar as tensões de transmissão para as tensões de subtransmissão e

de distribuição (denominados trafos abaixadores).

Os reatores derivação são empregados para controlar as tensões nos

barramentos em regime permanente e para reduzir as sobretensões nos circuitos

de manobra.


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I - 10

Os compensadores síncronos, estáticos e bancos capacitores são

utilizadores com a função de compensar o baixo fator de potência das cargas,

aumentando a tensão nos terminais da carga, melhorando a regulação de tensão,

reduzindo as perdas na transmissão e o custo do sistema pela redução do número

de linhas.

Os equipamentos responsáveis em abrir, fechar e isolar circuitos e

componentes são denominados de equipamentos de manobra. São eles:

- Disjuntores,

- Chaves

- Fusíveis.

Os disjuntores, são dispositivos de manobra, capazes de estabelecer,

conduzir e interromper correntes sob condições normais, bem como sob condições

especificadas, tais como, curto-circuito.

As chaves, podem desempenhar diversas funções. As mais comuns nas

subestações, são o secionamento de circuitos por necessida-de operativa ou por

necessidade de isolar componentes do sis-tema para manutenção.

As chaves são divididas em:

- Chaves de terra

- Chaves de operação em carga, e

- Chaves de aterramento rápido

As chaves secionadoras, somente podem operar quando houver uma

variação de tensão insignificante entre seus terminais, ou nos casos de

restabelecimento, ou interrupção de correntes insigni-ficantes.

As chaves de terra, tem a função de aterrar componentes do sistema em

manutenção, linhas de transmissão, barramentos ou bancos capacitores em

derivação.


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I - 11

As chaves de operação em carga, são chaves que têm a finalidade de

abrir circuitos em carga como reatores, capacitores e geradores.

Os equipamentos de medição, proteção e controle são:

- Pára-raios,

- Transformadores de corrente, e de potencial,

- Relés, etc.

Os pára-raios, são equipamentos responsáveis pela proteção dos

equipamentos contra sobretensões originadas por descargas atmosféricas e por

manobras.

Normalmente, em sistemas acima de 600V, as medições de tensão e

corrente são feitas através dos transformadores de instru-mentos. Estes

equipamentos têm as seguintes funções:

- isolar o circuito de baixa tensão (secundário) do cir-cuito de alta tensão

(primário),

- e reproduzir os efeitos transitórios e regime permanen-te, aplicados ao

circuito de alta-tensão o mais fielmen-te possível, no circuito de baixa

tensão.

Os transformadores de instrumentos, são de dois tipos:

- os de corrente (TC)- os de potencial (TP)

Os transformadores de corrente têm seu enrolamento primário ligado em

série com o circuito de alta-tensão. Os TC's se classificam em dois tipos:

• Medição

• Proteção


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I - 12

Os trafos de potencial, pode ser indutivos e capacitivos. Para tensões

entre 600 V e 69 kV, os transformadores indutivos são dominantes. Para tensões

entre 69 kV e 138 kV não existe prefe-rência na utilização, sendo que em sistemas

onde se utiliza o "POWER LINE CARRIER", a utilização do capacitivo apresenta

van-tagens. Para tensões acima de 138kV os transformadores capaci-tivos sãodominantes.

3. Classificação Dos Equipamentos Elétricos

Os equipamentos elétricos, quanto ao nível de tensão, estão divididos em:

a) baixa tensão: tensão nominal abaixo de 1 kV

b) média tensão: tensão nominal entre 1kV e 69 kV

c) alta tensão: tensão nominal entre 70 kV e 230 kV

d) extra alta-tensão: tensão nominal entre 231 kV e 800 kV

e) ultra-alta tensão: tensão nominal acima de 800 kV

As tensões empregadas no Brasil para transmissão, subtransmissão e

distribuição são 13.8 KV, 34.5 KV, 69 KV, 88 KV, 138 KV, 230 KV, 345 KV, 440 KV,

500 KV e 765 KV. Na região Nordeste, as tensões empregadas para distribuição

secundária são 380V entre fases e 220V entre fase e neutro e para distribuição

primária, 13,8 KV.

De acordo com o posicionamento e a função dentro de um sistema

elétrico as subestações podem ser classificadas em:

• -· Subestações de Transmissão,

• -· Subestações de Subtransmissão,

• -· Subestações de Distribuição,

• -· Subestações de Consumidor.


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I - 13

A Figura I-5 apresenta a vista lateral de um setor de 230 KV de uma subestação de

transmissão.

Figura l-5 - Vista lateral do setor de 230 KV de uma subestação ao tempo

4. Nível de Tensão

Os sistemas elétricos são caracterizados por três valores de tensão, a

nominal, a máxima e a mínima. A tensão nominal de um sistema é aquela que

caracteriza o sistema elétrico e as tensões máxima e mínima de um sistema são,

respectivamente, o maior e o menor valor de tensão que podem ocorrer emcondições normais de operação, em qualquer tempo e em qualquer ponto do

sistema, excluídas as condições transitórias e anormais.

O nível de tensão em que é alimentado um dado sistema elétrico

residencial, comercial ou industrial no Brasil é função da potência instalada e da

demanda deste sistema, devendo seguir a Portaria ANEEL 466 de 12/11/97 e as

normas de fornecimento de energia elétrica da concessionária responsável pela

alimentação do sistema elétrico.

A portaria ANEEL 466 agrupa os consumidores em dois grupos. No grupo

B (baixa tensão) estão aqueles consumidores que têm carga instalada igual ou

inferior a 50 kW, enquanto no grupo A (alta tensão) estão aqueles consumidores

que devem ser alimentados em tensão primária de distribuição ou tensão de

transmissão. No caso do Nordeste do Brasil, consumidores de demanda entre 75


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I - 14

kW e 2500 kW devem ser alimentados em 13,8 kV, acima de 2500 kW em 69 kV ou

maior tensão de acordo com disponibilidade da concessionária local.

A portaria ANEEL 466 estabelece ainda que a concessionária de energia

local classifique ainda os consumidores nas seguintes classes, que estão sujeitas atarifas diferenciadas:

• · Residencial

• · Industrial

• · Comercial, serviços e outras atividades

• · Rural

• · Poder Público

• · Iluminação Pública• · Serviço Público (tração elétrica, água, saneamento e esgoto)

• · Consumo Próprio

Para os consumidores do grupo B no estado de Pernambuco, a norma

CELPE NE–005/96 para fornecimento de energia elétrica para consumidores em

tensão secundária de distribuição, estabelece os valores de tensão e o tipo de

fornecimento, que estão reproduzidos na Tabela I-1.

Tabela l-1 - Fornecimento de energia em tensão secundária de distribuição


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I - 15

Os consumidores de alta tensão são ainda classificados em subgrupos de

acordo com o seu respectivo nível de tensão, de forma a permitir aplicações de

valores de tarifas de energia diferenciadas de acordo com o nível de tensão, como

pode ser visto na Tabela l-2. Quanto maior o nível de tensão, menores serão os

valores das tarifas estipuladas.

Tabela l-2 – Subgrupos dos consumidores do grupo A

A concessionária de energia elétrica é responsável pelo fornecimento e

instalação de materiais até o ponto de entrega de energia usualmente localizado na

parte superior do poste do consumidor. A Figura l-6 apresenta a alimentação de um

consumidor residencial monofásico, onde pode ser visto a indicação do ponto de

entrega.

Figura l-6 - Alimentação de um consumidor residencial monofásico


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Denomina-se ramal de serviço ou ramal de ligação o trecho

compreendido entre a rede de distribuição e o ponto de entrega. Ele pode ser

aéreo, subterrâneo ou misto. Este ramal deve ser construído pelo consumidor, não

deve cortar terrenos de terceiros e não ter construção sob o ramal. Denomina-se

ramal de entrada o conjunto de componentes elétricos entre o ponto de entrega e amedição (Figura l-6). O afastamento do ramal de ligação em relação ao solo deve

satisfazer as distâncias mínimas de segurança em relação a passagem de

pedestres e ou veículos dependendo do caso.

4. Subestações de Consumidor

As subestações de consumidor são responsáveis pelo transformação,

comando e distribuição do fluxo de energia dos sistemas elétricos residenciaiscomerciais e industriais de médio e grande porte.

As subestações de consumidor são divididas em compartimentos

denominados de cubículos, postos ou cabines. Os postos ou cabines mais

usualmente encontrados em subestações de consumidor são os postos de

medição, proteção e transformação.

O cubículo ou posto de medição deve vir sempre antes do posto de

proteção. O fornecimento e a instalação dos equipamentos de medição é de

responsabilidade da concessionária. A caixa de medição ou quadro de distribuição,

eletrodutos, sistema de aterramento, condutores e dispositivos de proteção e

seccionamento são de fornecimento do consumidor.

Quanto a forma de instalação, as subestações de consumidor estão

classificadas em:

1. Subestações ao tempo

2. Subestações abrigadas · Em alvenaria

· Metálica

O posto de transformação pode ser instalado ao tempo, blindado ou

abrigado. A instalação se dá em poste singelo para potências até 150 kVA e em


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plataforma até 225 kVA. A instalação no solo pode acontecer para qualquer

potência de transformador.

5. Equipamentos Elétricos

Define-se equipamento elétrico como sendo uma unidade funcional

completa e distinta, que exerce uma ou mais funções elétricas relacionadas com

geração, transmissão, distribuição ou utilização de energia elétrica.

Os equipamentos elétricos encontrados nos sistemas elétricos podem ser

classificados em quatro grupos: equipamentos principais, equipamentos de

manobra, equipamentos de MPCC (medição, proteção, comando e controle),equipamentos de utilização de energia.

Os equipamentos principais são aqueles que atuam diretamente no fluxo

de potência modificando-o. Nestes equipamentos se enquadram os geradores, os

transformadores de potência, os reatores de derivação, os bancos capacitores, os

compensadores síncronos, estáticos e os capacitores série.

Um sistema elétrico de corrente alternada opera em cada um de seus

trechos com a tensão mais conveniente, tanto do ponto de vista técnico quanto

econômico. Esta enorme flexibilidade é obtida através dos transformadores,

equipamentos estáticos, de alta eficiência e grande confiabilidade. Eles podem ter a

função de elevar as tensões de geração para as tensões de transmissão

(denominados trafos elevadores), podem ter a função de interligar partes do sistema

de transmissão (denominados trafos de interligação) e finalmente podem ter a

função de abaixar as tensões de transmissão para as tensões de subtransmissão e

de distribuição (denominados trafos abaixadores).

Os transformadores de potência se classificam quanto ao meio

refrigerante externo em:

- · transformadores à seco;

- · transformadores à líquido isolante:

- · transformadores à óleo mineral isolante;


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- · transformadores à líquido isolante sintético;

Os transformadores á óleo mineral são os que tem menor custo por KVA

e são os mais usualmente empregados principalmente para alta e extra alta tensão.

O óleo mineral é um derivado do petróleo, que deve ter suas característicaselétricas acompanhadas periodicamente. Ele em elevadas temperaturas, é

combustível e inflamável, exigindo para a sua utilização cuidados especiais em

relação a segurança, tais como tanques de drenagem de óleo e paredes com

revestimento especial. A Figura l-7 apresenta um transformador de potência à óleo

mineral.

Figura l-7 - Transformador à óleo mineral

Em instalações especiais onde os perigos de incêndio são iminentes ou

em instalações onde manutenções preventivas devem ser minimizadas, como

plataformas de petróleo, aeroportos, hospitais, refinarias... os transformadores à

óleo não devem ser especificados. Para estas aplicações devem ser empregados

transformadores à seco ou transformadores à líquido isolante sintético.

Os líquidos isolantes sintéticos mais empregados são à base de silicone e

os transformadores à seco mais empregados atualmente são os moldados em

resina epoxi.


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Os transformadores à seco possuem enrolamentos em alumínio e

manutenção bastante reduzida. Com uma redução gradual de custo, os

transformadores à seco vem disputando mercado até mesmo com transformadores

à óleo.

A Figura l-8 apresenta um transformador à seco com enrolamentosencapsulados em resina epoxi e enrolamentos de alta e baixa tensão em cobre.

Figura l-8 - Transformador à seco

Os bancos capacitores da Figura l-9 são utilizados com a função demelhorar a regulação de tensão compensando o baixo fator de potência das cargas,

elevando a tensão nos seus terminais, reduzindo assim as perdas na transmissão e

o custo do sistema.

Figura l-9 - Capacitores monofásicos


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Os reatores shunt são empregados nos sistemas elétricos para reduzir os

níveis de tensão, controlando as tensões em regime permanente e para redução de

sobretensões nos surtos de manobra. Para atender a estas funções a característica

tensão corrente destes reatores deve ser linear até um determinado valor

usualmente 150%, isto é obtido empregando reatores de núcleo de ar ou comnúcleo de ferro e entreferros.

Os equipamentos de manobra são responsáveis em abrir, fechar e isolar

circuitos, equipamentos elétricos e componentes. São eles os disjuntores, chaves,

elos removíveis e fusíveis.

Os disjuntores são dispositivos de manobra capazes de estabelecer,conduzir e interromper circuitos com tensão e corrente sob condições normais de

operação, bem como sob condições especificadas tais como curto-circuito.

O disjuntor é um equipamento cujo funcionamento apresenta aspectos

bastante singulares. Opera, continuamente, sob tensão e corrente de carga muitas

vezes em ambientes muito severos, no que diz respeito à temperatura, à umidade,

à poeira, etc. Em geral, após tanto tempo nestas condições, às vezes até anos, é

solicitado a operar por conta de um defeito no sistema. Nesse instante, todo o seu

mecanismo, inerte até então, deve operar com todas as suas funções, realizando

tarefas tecnicamente difíceis, em questão de décimos de segundo.

A operação de qualquer disjuntor se dá separando-se seus respectivos

contatos, que permitem, quando fechado, a continuidade elétrica do circuito.

Durante a separação devido a energia armazenada no circuito forma-se um arco

elétrico. O arco elétrico é uma coluna de gás numa temperatura bastante elevada,

altamente ionizada que conduz a corrente elétrica. O processo de abertura do

disjuntor exige a extinção do arco. O princípio básico para a extinção do arco é

provocar o seu alongamento de forma a reduzir a temperatura e substituir o meio

ionizado entre os contatos por um meio isolante.


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Para que o disjuntor exerça a ação de abertura dos contatos, o comando

pode ser feito manualmente pelo operador ou através dos relés, que detectam faltas

nos sistemas elétricos.

No estado ligado ou fechado o disjuntor deve suportar a corrente nominal

da linha sem que venha a aquecer além dos limites permissíveis. No estadodesligado ou aberto a distância de isolamento entre os contatos deve suportar a

tensão de operação, bem como sobretensões internas devido a surtos de manobra

e descargas atmosféricas.

Os tipos construtivos dos disjuntores dependem dos meios que utilizam

para extinção do arco e podem ser classificados de acordo com o meio de

interrupção:

-

· disjuntores à ar- · na pressão atmosférica;

- · à ar comprimido;

- · disjuntores à óleo

- · a pequeno volume de óleo (PVO);

- · a grande volume de óleo (GVO);

- · disjuntores à SF6 ;

- · disjuntores à vácuo.

A Figura l-10 apresenta um disjuntor de 230 KV em hexafluoreto de enxofre (SF6).

Figura l-10 - Disjuntor em SF6 de 230 kV


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As chaves podem desempenhar diversas funções; a mais comum nas

subestações é seccionamento de circuitos por necessidade operativa ou por

necessidade de isolar componentes do sistema para a manutenção. Elas podem ser

classificadas em:

- · chaves seccionadoras - são chaves que permitem isolar componentes

ou circuitos apenas com tensão porém sem corrente;

- · lâminas de terra - são chaves empregadas para aterrar componentes

ou circuitos com tensão porém sem corrente;

- · chaves de abertura em carga - são chaves que permitem isolar

componentes ou circuitos com corrente próximas a nominal;

-

· chaves de aterramento rápido - são chaves empregadas para aterrarrapidamente um componente ou trecho de uma rede submetida à uma

falta;

- · chaves fusíveis - são chaves constituídas de três hastes isolantes,

normalmente de resina epoxi ou de fenolite montadas em paralelo com

três cartuchos

- fusíveis, quando atua um elemento fusível o mecanismo articulado faz

com que o comando de abertura seja simultâneo nas três fases.

A Figura l-11 apresenta uma chave seccionadora de 230 KV de abertura vertical

com a lâmina de terra acoplada.

Figura l-11 - Chave seccionadora


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Os equipamentos de medição, proteção, comando e controle tem por

finalidade atuar de forma a comandar, controlar e supervisionar todos os demais

equipamentos dos sistemas elétricos. São eles os pára-raios, transformadores de

corrente e de potencial, relés, amperímetros, voltímetros...etc

Os pára-raios são os equipamentos responsáveis pela proteção dos

equipamentos elétricos e instalações contra sobretensões de manobra e

sobretensões originadas por descargas atmosféricas.

Ao pára-raios são colocados em paralelo com os equipamentos a serem

protegidos, em caso de uma sobretensão que possa causar danos, ele deve atuar

drenando para o aterramento os surtos.

Existem dois tipos de pára-raios:

- · pára-raios convencionais ou de carbureto de silício;

- · pára-raios de óxido de zinco .

A Figura l-12 apresenta um pára-raios convencional de 138 KV com quatro seções

de carbureto de silício.

Figura l-12 - Pára-raios convencional - 138KV


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Normalmente, em sistemas acima de 600V, as medições de tensão e

corrente são feitas através dos transformadores de instrumentos. Estes

equipamentos tem as seguintes funções: isolar o circuito de baixa tensão

(secundário) do circuito de alta-tensão (primário) e reproduzir os efeitos transitórios

e de regime permanente aplicados ao circuito de alta-tensão o mais fielmentepossível no circuito de baixa tensão. Os transformadores de corrente tem seu

enrolamento primário ligado em série com o circuito de alta tensão. Os TC’s se

classificam de acordo com sua função em dois tipos: os de medição e os de

proteção. A Figura l-13 mostra um transformador de corrente para medição em 230

KV.

Figura l-13 - Transformador de corrente para medição em 230 KV

Os transformadores de potencial tem seu enrolamento primário

usualmente conectado entre fase e terra e tem por finalidade reproduzir as tensõesda circuito de alta tensão. Em alguns casos os TP’s também são adotados como

fonte de potência necessária ao funcionamento de circuitos de comando e controle

dos demais componentes dos sistemas elétricos. Da mesma forma que os TC’s, os

TP’s se classificam quantoa sua função em TP’s de proteção e de medição. Os TP’s

de medição tem menores classes de exatidão garantindo valores mais precisos. O

custo dos transformadores de potencial está diretamente ligada a tensão do

enrolamento de alta tensão, daí a razão de serem empregados em extra, ultra e alta


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tensão os transformadores de potencial capacitivos. Um TP capacitivo é na verdade

um divisor capacitivo com um transformador de potencial conectado num trecho

inferior do divisor como pode ser visualizado na Figura l-14.

Figura l-14 - Transformador de potencial capacitivo

Na Figura l-15 é apresentada uma comparação do custo entre um

transformador de potencial capacitivo e indutivo. Observa-se que a partir de 245 kV

o preço de TP indutivo torna-se bem superior ao capacitivo. Uma outra razão para

se utilizar transformadores de potencial capacitivo num dado sistema elétrico é autilização do “power line carrier” (PLC). Neste tipo de comunicação um sinal de alta

freqüência é emitido no próprio condutor, a utilização do TP capacitivo facilita a

filtragem e o recebimento deste sinal.

Figura l-15 - Custo do TPIx

TPC


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De modo a evitar que os equipamentos discutidos anteriormente operem

em condições anormais, como por exemplo correntes de curto circuito, existem

pequenos dispositivos que supervisionam continuamente todas as grandezas do

sistema denominados relés. A aplicação e os ajustes destes relés para uma

atuação correta impedindo maiores danos ao sistema elétrico, faz parte de umaárea da engenharia elétrica denominada de proteção dos sistemas elétricos.

A proteção dos sistemas elétricos tem duas funções:

- · Promover a rápida eliminação da falha, retirando do serviço um

equipamento com problemas,

-

· Promover a indicação da localização e do tipo do defeito, visando umareparação mais rápida.

Existem relés para supervisionar corrente, tensão, potência e ainda

grandezas inerentes aos próprios equipamentos como temperatura de enrolamento

de transformadores, velocidade de máquinas elétricas. Os relés ao determinarem

uma perturbação que venha a comprometer um dado equipamento, enviam um

sinal elétrico que comanda abertura de um disjuntor ou de disjuntores de modo a

que o trecho do sistema elétrico afetado seja isolado do resto do sistema.

5. Diagramas Elétricos

Os sistemas elétricos são projetados, construídos, analisados e operados

com o auxílio de diagramas elétricos.

Os diagramas elétricos se dividem em dois tipos: explicativos e

construtivos. Os diagramas explicativos são aqueles cujos componentes são

representados por símbolos gráficos e tem a finalidade de permitir a visualização e

o entendimento de um dado sistema elétrico. Estes diagramas não apresentam

dimensões nem distâncias exatas entre os diversos equipamentos envolvidos. Os

diagramas explicativos estão divididos em três tipos:

· explicativos que se caracterizam pela sua simplicidade. Nestes diagramas os

sistemas elétricos são representados por apenas uma de suas fases e cada


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componente é representado na posição desenergizado por um símbolo

padronizado. Estes diagramas devem conter obrigatoriamente os equipamentos

elétricos principais, sendo os demais componentes representados ou não.

Para o escopo deste curso destacaremos apenas os diagramas elétricos

unifilares. Estes diagramas são diagramas explicativos e se caracterizam pela suasimplicidade. Nestes diagramas os sistemas elétricos são representados por

apenas uma de suas fases e cada componente é representado na posição

desenergizado por um símbolo padronizado.

Os diagramas unifilares são essenciais quando se precisa ter uma

visualização geral de um dado sistema elétrico e apresentam como desvantagem

não permitirem identificar facilmente a conexão dos enrolamentos entre fases e

entre fase e neutro.

Na Figura l-16 estão apresentados os principais símbolos adotados no

curso e a Figura l-17 mostra um exemplo de diagrama unifilar de um sistema

elétrico.

- · Unifilares

- · Multifilares

- · Funcionais

Figura l-16 – Simbologia adotada neste texto


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Figura l-17 - Exemplo de diagrama unifilar para um sistema elétrico

Os diagramas construtivos são diagramas utilizados para apresentar a

disposição dos equipamentos dentro de uma instalação, dimensões em escala dosequipamentos, vistas plantas e cortes dos sistemas elétricos. Eles mostram como

os sistemas elétricos estão instalados fisicamente. Os diagramas construtivos estão

também divididos em três tipos:

- · vistas

- · cortes

- · plantas

6. Resumo dos Equipamentos Elétricos

EQUIPAMENTOS PRINCIPAIS ->

Atuam diretamente no Fluxo de Potência, modifi-cando-o.

EQUIPAMENTOS DE MANOBRA ->

Abre, Fecham e Isolam Circuitos.

EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO, PROTEÇÃO E CONTROLE

EQUIPAMENTOS DE SERVIÇOS AUXILIARES

EQUIPAMENTOS PRINCIPAIS


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-> MÁQUINAS SÍNCRONAS

-> TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA

-> REATORES DERIVAÇÃO

-> CAPACITORES DERIVAÇÃO

-> COMPENSADORES SÍNCRONOS-> COMPENSADORES ESTÁTICOS

EQUIPAMENTOS DE MANOBRA

-> DISJUNTORES

-> CHAVES

-> FUSÍVEIS

-> ELOS REMOVÍVEIS........

EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO, PROTEÇÃO E CONTROLE

-> PÁRA-RAIOS

-> T.C

-> T.P

-> T.P.I

-> T.P.C

-> RELÉS

EQUIPAMENTOS DE SERVIÇOS AUXILIARES

cap1_conceitos_basicos

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