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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. [email protected] 1

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Page 1: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

RTG Especialização

Especialização em Engenharia de Energia

Distribuição de Energia Elétrica I

Redes de Distribuição

Prof. Jonas Linhares Melo, M.Sc.

[email protected]

1

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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

4

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

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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.

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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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Page 9: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

• 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 &LT 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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Page 27: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

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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Page 28: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

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

Guerra das Correntes1880 ~ 1900

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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.

Guerra das Correntes1880 ~ 1900

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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

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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

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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 - 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

Page 61: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

ISOLADORES POLIMÉRICO DE PINO

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Page 62: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

ISOLADORES DE SUSPENSÃO DE PORCELANA VITRIFICADA

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Page 63: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

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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Page 65: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

ISOLADORES DE SUSPENSÃO DE PORCELANA VITRIFICADA

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Page 66: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

ISOLADORES POLIMÉRICO DE SUSPENSÃO

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Page 67: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

ISOLADORES DE PILAR

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Page 68: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

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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Page 69: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

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

Page 70: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

EFEITO CORONA

• Corona causa:

–Perdas elétricas.

–Radiointerferência.

–Ruídos sonoros.

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Page 71: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

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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Page 72: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

EFEITO CORONA

– Anéis de corona.

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

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Page 73: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

EFEITO CORONA

– Anéis de corona.

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

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Page 74: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

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Page 75: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

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Page 76: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

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Page 77: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

Elo de CC

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Page 78: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

Características físicas das linhas aéreas de transmissão

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Page 79: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

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

Page 81: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

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

Page 82: RTG - Mod 1 a - Introdução - PDF

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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