como se faz a distribuição de energia eléctrica na...

Como se faz a distribuição de energia

eléctrica na FEUP?

Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP

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COMO É FEITA A DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DENTRO DA

FEUP

Análise Detalhada e Estudo Sobre Funcionamento

Geral Da Rede Eléctrica Da Feup

Equipa 319

João Pedro Jacob Ramos

João Gonçalo Araújo Ribeiro

João André Antunes de Pinho Simões Dionísio

José António Morais Trigo Barbosa

Marta Neves Madureira Rolo

Paula Leite Sousa Lé

Relatório de Projecto Submetido Para Avaliação Da Cadeira De

Projecto Feup

Monitor(a): Anabela Rodrigues Ribeiro

Supervisor: Hélder Leite


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Resumo

O presente relatório expõe, de forma geral, o modo como é feita a distribuição da rede

eléctrica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP).

Após este tema ter sido anunciado, tentou-se encontrar todos os pontos importantes

que seriam de focar. Para isso, decidiu-se começar com a reunião de informação acerca de

conceitos básicos, tais como corrente eléctrica e postos de transformação. Apenas depois

da compreensão destas ideias, a pesquisa foi direccionada para a FEUP. Assim, juntou-se

informação relacionada com os consumos energéticos da faculdade, que permitiu concluir

o que se poderia prever: a FEUP é uma instituição com altos consumos de energia, apesar

dos esforços feitos para a economizar ao máximo.


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Índice

Resumo .............................................................................................................................. 3

Índice .................................................................................................................................. 4

Índice de Imagens .............................................................................................................. 5

Introdução .......................................................................................................................... 6

Alguns conceitos fundamentais ..................................................................................... 6

Tensão Eléctrica e Curto-Circuito ...................................................................................... 8

Tipos De Linhas/Cabos De Tensão Eléctrica ...................................................................... 9

Postos De Transformação: O QUE SÃO E COMO FUNCIONAM .................................................. 10

Distribuição de Energia na FEUP ...................................................................................... 14

Visita de Estudo: POSTO DE TRANSFORMAÇÃO DA FEUP .......................................................... 18

Conclusão ......................................................................................................................... 20

Bibliografia ....................................................................................................................... 21


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Índice de Imagens

Figura 1 – Interruptores. .................................................................................................. 10

Figura 2 – Seccionadores. ................................................................................................ 10

Figura 3 – Disjuntores. ..................................................................................................... 11

Figura 4 – Fusíveis corta-circuitos. ................................................................................... 11

Figura 5 – Duas das selas com transformadores da FEUP. .............................................. 12

Figura 6 – Posto de transformação aéreo. ...................................................................... 13

Figura 7 – Posto de transformação em cabine. ............................................................... 13

Figura 8 – Mapa da FEUP com a localização dos PT’s assinalada. ................................... 14

Figura 9 – Esquema de postos de transformação em anel. ............................................ 15

Figura 10 – Posto de transformação visitado (da FEUP). ................................................ 18


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Introdução

No âmbito da disciplina Projecto FEUP, foi proposto ao grupo 319 a abordagem do

tema “distribuição eléctrica na FEUP”. Sendo um assunto de grande importância,

considerou-se necessário, em primeiro lugar, fazer um resumo teórico sobre os termos

técnicos a utilizar posteriormente. Assim sendo, decidiu-se dividir por tópicos a

informação, não só para facilitar o seu acesso, bem como para possibilitar uma aquisição

de conhecimentos mais eficaz.

Alguns conceitos fundamentais

Massa: Termo da área da electricidade que significa ligar à terra. 2. Ligação condutora,

intencional ou acidental, através da qual um circuito ou equipamento eléctrico é ligado à

terra ou a algum corpo condutor que desempenhe idêntica função.

Perda de tensão: Diminuição da tensão num circuito onde se desloca uma corrente.

Potência Eléctrica: Define-se energia como a capacidade de produzir trabalho. Potência

é a energia fornecida, recebida ou gasta por unidade de tempo. Representa-se por P e

determina-se a partir da expressão P U I , em que U é a tensão eléctrica e I a

intensidade de corrente eléctrica. A potência P exprime-se na unidade Watt (W).

Energia Eléctrica: Energia eléctrica é uma forma de energia baseada na geração de

diferenças de potencial eléctrico entre dois pontos, que permitem estabelecer uma

corrente eléctrica entre ambos. Mediante a transformação adequada é possível obter que

tal energia se mostre em outras finalidades de uso directo, em forma de luz, movimento

ou calor, segundo os elementos da conservação da energia.

Corrente Eléctrica: A teoria electrónica define a corrente eléctrica como um

movimento de cargas negativas que estão associadas aos electrões livres dos átomos dos

condutores. Pode-se também dizer que é uma corrente de electrões; e estes podem


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deslocar-se em maior ou menor quantidade. Esta quantidade de electrões ou de corrente

eléctrica designa-se por “intensidade da corrente”, e representa-se simbolicamente pela

letra l.

Resistência: É toda a Oposição ao fluxo de corrente, expressa em ohms.

Capacidade: Proporção entre a carga imposta num condutor e a correspondente

mudança de potencial.

Condutividade: Capacidade de um condutor para transportar electricidade, geralmente

expressa como percentagem da condutividade de um condutor da mesma dimensão feito

de cobre macio.

Entrada súbita de corrente: Pico de corrente inicial sentida antes de a resistência de

carga de impedância aumentar para o valor de funcionamento normal.

Lei de ohm: Tensão (U) é igual à corrente (I) vezes a resistência (R).


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Tensão Eléctrica e Curto-Circuito

A tensão eléctrica é a diferença de potencial eléctrico entre dois pontos. A unidade SI é

o Volt (em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta). Por outras palavras, a tensão

eléctrica é a "força" responsável pela movimentação de electrões.

Efectivamente, o potencial eléctrico mede a força que uma carga eléctrica exerce num

campo eléctrico, expressa pela lei de Coulomb, portanto a tensão é a tendência que uma

carga tem de ir de um ponto para o outro.

O que é um curto-circuito? Em condições normais, um circuito eléctrico possui uma

fonte de alimentação (pilha, rede eléctrica, etc.) que alimenta uma carga (lâmpada,

aquecedor, etc.). A fonte de alimentação possui uma determinada tensão eléctrica. Ao

aplicar esta tensão a um receptor, flui uma corrente eléctrica entre o gerador e o

receptor. Se em vez dum receptor, puser em contacto os fios que saem do gerador,

praticamente não há resistência à corrente e ela toma valores extremamente elevados.

Tão elevados quanto o gerador for capaz de fornecer e os condutores e aparelhos que se

encontrem no caminho da corrente forem capazes de suportar. Uma corrente muito alta

produz muito calor e daí o risco de incêndio.

Assim, um curto-circuito ocorre quando há uma ligação anormal de impedância

relativamente baixa, efectuada intencional ou acidentalmente entre dois pontos de

potencial diferente.

Os dispositivos de protecção contra curto-circuito e sobrecarga permitem a protecção

das instalações eléctricas. Detectam a ocorrência de curto-circuito ou sobrecarga que

eventualmente possa surgir nalgum ponto da instalação eléctrica, assegurando a abertura

automática do circuito.


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Tipos De Linhas/Cabos De Tensão Eléctrica

Linhas de baixa tensão – (230 V) Levam a energia eléctrica desde os postos de

transformação, ao longo das ruas e caminhos até aos locais onde é consumida em

baixa tensão (230 V entre fase e neutro e 400 V entre fases). Podem ser de 2 tipos:

aéreas ou subterrâneas. As linhas aéreas podem ser em condutores nus ou isolados

em feixe . As linhas em condutor nu estão fixas sobre isoladores e apoiados em postes

de betão, ou sobre postaletes metálicos fixos na fachada. Os cabos de distribuição de

baixa tensão são normalmente constituídos por cinco condutores um dos quais se

destina à iluminação pública.

Linhas de média tensão – (15 e 30 kV) São aquelas cuja tensão nominal é inferior a 60

kV. As tensões mais comuns são 10,15 e 30 kV. Estas linhas ligam as subestações aos

postos de transformação ou ligam diferentes postos de seccionamento/

transformação entre si. Podem ser aéreas ou subterrâneas. As aéreas são

normalmente em cabo nu, apoiadas em postes de betão (mais comum) ou metálicos,

sendo os condutores suspensos ou apoiados por isoladores.

Linhas de alta tensão – (60 e 110 kV) São aquelas cuja tensão nominal é igual ou

superior a 60 kV. Estas linhas unem os centros produtores (centrais térmicas, hídricas,

eólicas) às subestações ou entre várias subestações. São normalmente aéreas

podendo, no entanto, ser subterrâneas. As linhas aéreas são constituídas por apoios,

normalmente metálicos, sendo os condutores suspensos ou apoiados por isoladores.

Linhas de muito alta tensão – (150, 220 e 400 kV) As linhas de muito alta tensão estão

associadas ao transporte de energia, ao contrário de todas as outras que são usadas

ao nível da distribuição de energia. Além disso, é um tema bastante polémico devido

aos problemas que têm levantado por serem prejudiciais à saúde das pessoas

nomeadamente ao nível do sistema nervoso.


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Postos De Transformação: O QUE SÃO E COMO FUNCIONAM

Para fazer chegar a energia aos consumidores, é necessária uma rede de distribuição

de baixa tensão, que vai ser alimentada pelos postos de transformação (PT’s) localizados

nas proximidades.

Efectivamente, os postos de transformação são instalações onde se procede à

transformação da energia eléctrica de média tensão para baixa tensão. São constituídos,

essencialmente, por três componentes:

Equipamentos de interrupção, seccionamento e protecção;

Figura 1 – Interruptores.

Figura 2 – Seccionadores.


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Figura 3 – Disjuntores.

Figura 4 – Fusíveis corta-circuitos.


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Um ou mais transformadores, responsáveis pela passagem de média tensão

para baixa tensão;

Figura 5 – Duas das selas com transformadores da FEUP.

Quadro geral de baixa tensão, de onde partem os diversos ramais da rede de

baixa tensão.

Na verdade, existem dois tipos de postos de transformação:

1. Aéreos: estão ligados na rede aérea em média tensão, sendo o transformador

instalado num apoio da linha e o quadro geral de baixa tensão na base desse apoio,

num armário dimensionado para o efeito. Dentro deste género, os postes de

transformação podem ser:

PT Tipo 'A' - Aéreo sem corte de Média Tensão (TP até 50 kVA);

PT Tipo 'AS' - Aéreo com seccionador de corte de Média Tensão (TP até 100

kVA);

PT Tipo 'AI' - Aéreo com Interruptor-seccionador de corte de Média Tensão (TP

de 160 e 250 kVA).

Figura 6 – Posto de transformação aéreo.

2. Em cabine: no caso de todo o equipamento estar instalado dentro de uma cabine,

pode assumir várias variantes: cabine alta (torre), cabine baixa em edifício próprio,

cabine baixa integrada em edifício, cabine metálica (monobloco), cabine pré-

fabricada, cabine subterrânea, etc; podendo pertencer a um dos seguintes:

PT Tipo 'CB' - Cabine baixa de QGBT tipo CA1 ou CA2 mediante a potência;

PT Tipo 'CA' - Cabine alta de QGBT tipo CA1 ou CA2 mediante a potência.

Figura 7 – Posto de transformação em cabine.


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Distribuição de Energia na FEUP

Aplicando agora estes conhecimentos à FEUP, é fácil perceber que, sendo uma

faculdade de grande dimensão, consome grandes quantidades de energia, diariamente.

Na verdade, todos os edifícios são alimentados, através de 3 postos de transformação

existentes nas suas instalações, dispostos em anel, que recebem energia da subestação de

Paranhos. É aqui que se faz a passagem de média tensão para baixa tensão, produzindo

electricidade apta para ser utilizada.

Figura 8 – Mapa da FEUP com a localização dos PT’s assinalada.

Existem três formas diferentes de alimentação dos postos de transformação por parte

das subestações redutoras, que são: a rede radial, a rede em anel e a rede malhada;

correspondentes a diferentes qualidades de serviço. Na Faculdade de Engenharia do Porto

a rede existente é a rede em anel, ou seja, cada PT pode ser alimentado por mais do que

uma via, aumentando a garantia de continuidade de fornecimento energético. Por


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exemplo, na rede em anel, sendo A a subestação e B, C e D os PT’s: se o troço BD avaria,

nenhum PT fica sem energia, porque esta sai da subestação e é conduzida até B e,

simultaneamente, até C e D (ver Figura 9).

Figura 9 – Esquema de postos de transformação em anel.

É, definitivamente, a rede que mais vantagens trás ao bom funcionamento da

distribuição eléctrica.

Pode-se, então, através do estudo das variações deste consumo, tirar algumas

conclusões.

Gráfico 1


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Gráfico 2

Os gráficos acima dizem respeito aos custos da electricidade e à quantidade de energia

gasta na FEUP, no primeiro semestre de 2006, respectivamente. Verifica-se que são os

dois directamente proporcionais, ou seja, à medida que o consumo de energia na escola

diminui ao longo do semestre, diminuem também os gastos de electricidade. Durante o

início do semestre verificam-se os valores mais altos, havendo uma descida abrupta

durante o mês de Maio até Junho devido a uma menor utilização das instalações por parte

dos utentes.

Efectivamente, o dispêndio de energia ao longo da semana mantém-se, praticamente,

constante, excepto aos sábados e domingos, quando estes valores (em kWh) descem

cerca de 34%. Isto significa que, mesmo aos fins-de-semana, toda a faculdade se mantém

bastante activa; seria de esperar que o consumo de energia descesse mais.

Quanto às variações ao longo de um dia, é notável que os valores sobem a partir as 8h

e mantêm-se elevados até às 20h. Efectivamente, durante a noite, há uma queda (em

kWh) de cerca de 40%. É ainda de notar uma pequena descida no consumo de energia que

ocorre entre as 12h e as 15h, explicada talvez por corresponder à hora de almoço, onde as

salas de aula, bem como outras, são menos utilizadas.


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Existem, ainda, diferenças no consumo de energia ao longo do ano, visíveis ao analisar

as discrepâncias entre os meses. Deste modo, pode-se afirmar que a mais perceptível

ocorre a meio de Setembro, onde os valores aumentam substancialmente, atingindo o

máximo de consumo no mês de Dezembro. Pelo contrário, Agosto é aquele em que a

energia gasta atinge os valores mais baixos. Isto deve-se às diferentes fases do ano lectivo,

desde as férias, às épocas de exames.


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Visita de Estudo: POSTO DE TRANSFORMAÇÃO DA FEUP

Após confirmação sobre a data e local da realização da visita de estudo, dia 7 de

Outubro no Edifício E. Após breves formalidades introdutórias, o professor Hélder Leite

deu início à tão esperada visita.

O objectivo inicial da visita, tal como foi esclarecido na altura, era uma primeira

abordagem à sala em que nos encontrávamos. Fascinados com todas aquelas “máquinas”,

decidimos começar logo a explorar. Verificámos, assim, que a divisão continha uma séria

de disjuntores de um lado da parede (ver Figura 10); enquanto que, do outro, existiam

três divisões, ao que prontamente associámos a “jaulas”. Feitas todas as averiguações, e já

sedentos de mais informação, o professor começou a explicação.

Figura 10 – Posto de transformação visitado (da FEUP).

Iniciou o seu discurso com a explicação do propósito das tão intrigantes “jaulas”. Estas,

ao que conseguimos captar, foram feitas para resguardar as pessoas que lá trabalhavam

para que não fossem electrocutadas, uma vez que dentro delas se encontram os

transformadores. Para aceder ao interior destas, é necessário ir buscar a chave que abre a

grade protecção. Tal como nos foi explicado, a chave está estrategicamente colocada ao


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lado do disjuntor, para que quem a for buscar (à chave) se lembre que necessita de activar

o disjuntor para interromper o fluxo de energia, evitando assim o risco de electrocussão.

No seguimento da palavra “disjuntor”, o professor explicou-nos qual a sua função e

porque era tão importante. Efectivamente, fusíveis e disjuntores são dispositivos que

protegem os circuitos eléctricos contra danos causados por sobrecargas de corrente, que

podem provocar: incêndios, explosões e electrocussões. Os fusíveis são aplicados

geralmente nos circuitos domésticos e na indústria leve, enquanto que os disjuntores são

utilizados na industria pesada. Na essência, o disjuntor é uma chave magnética que se

desliga automaticamente quando a intensidade da corrente supera certo valor. Tem a

vantagem de não precisar de ser trocado. Uma vez resolvido o problema que provocou o

desligamento, basta voltar a liga-lo para que a circulação da corrente se restabeleça.

Após todas estas explicações, passou-se às dúvidas. Aqui, o professor explicou o

porquê do internso calor que se fazia sentir na sala onde nos encontrávamos. O efeito de

Joule corresponde à energia eléctrica que se transforma em energia calorífica num

receptor (ou num condutor). Esta, pode ser quantificada. É directamente proporcional à

resistência eléctrica deste, ao quadrado da intensidade de corrente e ao tempo de

passagem da corrente. É traduzida pela expressão: W=R.I.I.t..

Finalmente, e após algumas fotografias e divisão de tarefas, deu-se por encerrada a

visita de estudo.


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Conclusão

Este projecto teve por finalidade o aprofundamento de conhecimentos relativos à

distribuição de energia eléctrica na FEUP, nomeadamente no interior desta. Para tal, foi-

nos proposto um conjunto de objectivos, tais como:

Recolha de informação através de instruções da monitora;

Pesquisa elaborada em torno dos termos técnicos para posterior aplicação e

compreensão do modo de funcionamento dos postos de transformação;

Visita guiada a um dos postos de transformação da FEUP, que nos permitiu

complementar a informação já adquirida. No que concerne às dificuldades sentidas pelo grupo, é de realçar que o tema que nos

foi proposto é bastante abrangente, levando a um bloqueio nas nossas intenções de

concretização, sem sabermos com exactidão o que deveríamos focar inicialmente.

Todavia, com o acompanhamento do supervisor e da monitora, foi-nos possível chegar a

um entendimento mais coeso da matéria a abordar, sendo que as nossas pesquisas nos

conduziriam a tomar contornos mais específicos. Outra vantagem prendeu-se com o facto

de a faculdade nos conseguir disponibilizar o material adequado a uma continuação mais

concisa do trabalho.

No que diz respeito à distribuição das tarefas semanais, visto serem, na maioria das

vezes, incompatíveis com as reuniões do grupo fora da aula do projecto, a composição e

construção de texto para o relatório foi um pouco dificultada. Assim, apenas

pesquisávamos e recolhíamos informação para o enriquecimento técnico do trabalho. No

entanto após uma apreciação construtiva do professor e da monitora, conseguimos

orientar a estrutura e o conteúdo deste relatório.

Concluímos, então, que, apesar de se tratar de um tema vasto e com inúmeras

ramificações, quer profissionais quer sociais, a introspecção que fazemos é positiva, na

medida em que conseguimos colocar no nosso relatório estes aspectos fulcrais.


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Bibliografia

Sítios Web

Empresa de Electricidade da Madeira. 2005. “Postos de Transformação”:

http://www.eem.pt/index.php?option=com_content&task=view&id=524&Itemid=456

(consultado a 3 de Outubro, 2009)

Wikipédia. 2009. Wikipédia, a enciclopédia livre: http://www.wikipédia.org (consultado

a 4 de Outubro, 2009)

Grupo EDP. 2009. Energias de Portugal: http://www.wikipedia.org (consultado a 4 de

Outubro, 2009)

Universidade Aberta. 2002. Corrente Eléctrica: http://www.univ-

ab.pt/formacao/sehit/curso/riscos/uni1/corrente.html (consultado a 28 de Setembro,

2009)

Livros

Ventura, G. Manuel Fiolhais, Carlos Fiolhais, José António Paixão. 2008. Física 12.º ano.

Lisboa: Texto Editores, Lda.

Matias, José V.C. 2006. Sistemas Analógicos e Digitais. Didáctica Editora.

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