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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.
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RTG Especialização
Especialização em Engenharia de Energia
APRESENTAÇÃO DOS MÓDULOS:
- Distribuição de Energia Elétrica IRedes de Distribuição
- Distribuição de energia elétrica IISubestações rebaixadoras
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RTG Especialização
Especialização em Engenharia de Energia
Distribuição de Energia Elétrica I
Redes de Distribuição
Distribuição de Energia Elétrica IISubestações de Distribuição
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RTG Especialização
Especialização em Engenharia de Energia
Distribuição de Energia Elétrica I
Redes de Distribuição
ROTEIRO
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1. Histórico2. Introdução3. Rede primária de distribuição 4. Rede secundária de distribuição5. Critérios de projetos
RTG Especialização
Especialização em Engenharia de Energia
Distribuição de Energia Elétrica I
Redes de Distribuição
Bibliografia e material de apoio:
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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
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Thomas Alva EdisonMilan,Ohio-EUA (1847-1931)
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• 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.
Thomas Alva EdisonMilan,Ohio-EUA (1847-1931)
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• 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).
Thomas Alva EdisonMilan,Ohio-EUA (1847-1931)
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• 1880 –Edison patenteouseu sistema de distribuiçãode eletricidade e fundou a Edison Iluminating CO.
Thomas Alva EdisonMilan,Ohio-EUA (1847-1931)
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• 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.
Thomas Alva EdisonMilan,Ohio-EUA (1847-1931)
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Nikola TeslaSmiljan-Império Autríaco (Sérvio (1856-1943)
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• Seu trabalho teórico formou a base da comunicação sem fio por radio.
• Raio X.
• Controle remoto.
Nikola TeslaSmiljan-Império Autríaco (Sérvio) (1856-1943)
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• Transmissão de energia elétrica sem fio.
• Financiado por J.P.Morgan.
• Wardenclyffe Tower(1901–1917) ou Tesla Tower.
Nikola TeslaSmiljan-Império Autríaco (Sérvio) (1856-1943)
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• Contribuiu para o nascimento da eletricidade comercial em Corrente Alternada (CA).
• Motor CA.
• Sistemas polifásicos de energia.
Nikola TeslaSmiljan-Império Autríaco (Sérvio) (1856-1943)
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George WestinghouseCentral Bridge, NY - EUA (1846-1914)
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• 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)
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Guerra das Correntes1880 ~ 1900
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• 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.
Guerra das Correntes1880 ~ 1900
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• 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.
Guerra das Correntes1880 ~ 1900
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• 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.
Guerra das Correntes1880 ~ 1900
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• 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.
Guerra das Correntes1880 ~ 1900
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• Campanha de Edison.
• Feira de Boston.
• Niagara. • 25Hz, 60Hz em 1950.
• (UHE da W < da GE)
Guerra das Correntes1880 ~ 1900
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• 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.
Guerra das Correntes1880 ~ 1900
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• 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.
Guerra das Correntes1880 ~ 1900
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• 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.
Guerra das Correntes1880 ~ 1900
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Perdas (W) = V . I
I = V /R e R = ρ . L / A
Perdas (W) = V² / R
Perdas (W) = V² . A / (ρ . L)
Guerra das Correntes1880 ~ 1900
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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
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(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.
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Corente Alternada no Mundo
• Europa = 220-240 Vca, 50 Hz
• EUA = 120 Vca, 60 Hz
• Brasil = 220Vca, 60 Hz (110Vca, 60Hz)
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Sistemas CC remanescenes
• Helsink, Finlandia Até 1940
• Estolcomo, Suécia 1970
• Nova Iorque:
– 1998 = 4800 consumidores.
– 14/11/2007 (último consumidor CC “desligado”)
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Uso de CC hoje: HVDC
• High Voltage Direct Current.
• Eletrônica de potência.
• Elos de corrente contínua.
• Transmissão em longas distâncias.
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INTRODUÇÃO
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SISTEMA DE TRANSMISSÃO
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SISTEMA DE TRANSMISSÃO
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SISTEMA DE TRANSMISSÃO
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SISTEMA DE TRANSMISSÃO
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Características Físicas das
Linhas Aéreas de Transmissão
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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.
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
CABOS ELÉTRICOS
Materiais com estas características
(não atendem perfeitamente às
cinco características acima):
• Cobre.
• Alumínio.
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
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
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
CABOS ELÉTRICOS
• Relação entre número de camadas (x)
e o número de fios(N) de um cabo:
N = 3 . x ² + 3 . x + 1
x N
1 7
2 19
3 37
4 61
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
CABOS ELÉTRICOS
• Bitola dos cabos:
• BRASIL mm² (milímetros quadrados).
• EUA CM (circular mil).
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
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
Características físicas das linhas aéreas de transmissão
CABOS ELÉTRICOS
• CA Cabos de alumínio.
– Nome de flores.
• CAA Cabos de alumínio com
alma de aço.
– Nomes de aves.51
Características físicas das linhas aéreas de transmissão
CABOS ELÉTRICOS - CA
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
CABOS ELÉTRICOS - CA
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
CABOS ELÉTRICOS - CAA
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
CABOS ELÉTRICOS - CAA
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES
• Função:
–Suporte.
–Isolamento.
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES
• De porcelana vitrificada
• De vidro temperado
• Polimérico.
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES
• Pino.
• Pilar.
• Suspensão.
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES
• Suporte:
• Peso.
• Tração.
• Pressão dos ventos.60
Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES POLIMÉRICO DE PINO
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES DE SUSPENSÃO DE PORCELANA VITRIFICADA
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES DE SUSPENSÃO DE VIDRO TEMPERADO
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES DE SUSPENSÃO
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES DE SUSPENSÃO DE PORCELANA VITRIFICADA
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES POLIMÉRICO DE SUSPENSÃO
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
ISOLADORES DE PILAR
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
EFEITO CORONA
• Efeito Corona:
Gradiente de potencial elevado.
Campo elétrico maior que 3000 kV/m,
ioniza a atmosfera.
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
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
Características físicas das linhas aéreas de transmissão
EFEITO CORONA
• Corona causa:
–Perdas elétricas.
–Radiointerferência.
–Ruídos sonoros.
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
EFEITO CORONA
• Como reduzir seus efeitos:
– Anéis de corona.
– Cabos múltiplos (mais de um cabo por fase).
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
EFEITO CORONA
– Anéis de corona.
– Cabos múltiplos (mais de um cabo por fase).
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
EFEITO CORONA
– Anéis de corona.
– Cabos múltiplos (mais de um cabo por fase).
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
Elo de CC
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
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Características físicas das linhas aéreas de transmissão
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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
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.81
Características elétricas das linhas aéreas de transmissão: parâmetros elétricos.
• Modelo de representação elétrica de linhas de distribuição
• Até 80 km
• De 80 a 240 km (modelo ∏ )
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