Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

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1 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto TEMA: Distribuição eléctrica na FEUP PROBLEMA: Como é feita a distribuição de energia eléctrica na FEUP ALUNOS: Ana Barros, João Carvalho, Maria Ribeiro, Miguel Couto, Pedro Morim e Valter Costa. MONITOR (A): Anabela Ribeiro PROFESSOR COORDENADOR: Hélder Leite 2009/2010

2 Índice Listagem de imagens... 3 Resumo... 4 Produção de energia... 5 Transporte de energia... 7 Mas como é feita a distribuição de energia eléctrica na FEUP?... 8 Sumário Final Constrangimentos Referências Bibliográficas

3 Listagem de imagens Figura 1: Central termoeléctrica convencional... 5 Figura 2: Central hidroeléctrica... 5 Figura 3: Aeorogerador... 6 Figura 4: Painéis solares... 6 Figura 5: Ligação em anel... 9 Figura 6: Ligação em anel quebrada Figura 7: Posto de transformação Figura 8: Distribuição Radial Figura 9: Distribuição dos PT s e sinalização dos departamentos alimentados por cada posto

4 Resumo Antes da energia eléctrica chegar à FEUP, passa por três grandes processos: a produção, transporte e distribuição. A energia é normalmente convertida em eléctrica através das centrais termoeléctricas (energia térmica), hidroeléctricas (energia hídrica) ou através dos aerogeradores (energia eólica) e dos painéis solares (energia solar). Na fase do transporte, devido à distância compreendida entre as centrais de produção e o destino da energia, a corrente eléctrica tem de ser enviada a alta ou muito alta tensão para compensar as perdas resultantes, devido ao chamado efeito Joule ( a energia dissipada em forma de calor ). Quando a energia chega ao posto de transformação 1 da FEUP, a corrente encontra-se em média tensão, devido à grande quantidade de energia que utilizamos. Na FEUP existem três postos de transformação os quais auferem entre si um sistema de distribuição fechado em anel. A principal vantagem deste tipo de sistema é a redundância do mesmo: se um posto de transformação falhar os outros não falham. No interior destas infra-estruturas, mais precisamente no transformador referente, ocorre a conversão da tensão, de média (15KV) para baixa (400V e 230v) de modo a que posteriormente seja distribuída pela faculdade para diferentes edifícios consoante o posto de transformação em questão. 4

5 Produção de energia A energia eléctrica, em Portugal, é principalmente produzida nas centrais termoeléctricas e hidroeléctricas. Para além destes processos de obtenção de energia eléctrica, pode-se obter a mesma através de aerogeradores e painéis solares. Existem dois tipos de centrais termoeléctricas: as convencionais e as nucleares. Nas primeiras efectua - se a transformação de energia calorífica (através da combustão de fuel, carvão, etc.) em energia mecânica (rotação das turbinas) e, finalmente, desta em energia eléctrica (nos alternadores). Figura 1: Central termoeléctrica convencional As segundas não existem em Portugal. Nas centrais hidroeléctricas, é o movimento da água nos rios que faz mover as pás da turbina, transmitindo a energia ao gerador de corrente eléctrica, que produz a electricidade. Figura 2: Central hidroeléctrica 5

6 A energia eólica obtém-se através da transformação da energia mecânica, gerada pela rotação da hélice, em energia eléctrica. Figura 3: Aeorogerador A energia solar consiste no aproveitamento do calor absorvido pelos painéis solares. Figura 4: Painéis solares 6

7 Transporte de energia Após a produção, a energia precisa de ser transportada. As centrais disponibilizam a energia a uma tensão 1 de 20 a 25KV. Esta necessita de ser elevada para muito alta tensão (150KV ou 220KV) para que chegue ao consumidor na tensão pretendida. Isto deve-se ao facto de durante o transporte existirem perdas de energia devido ao efeito de joule 2. Portanto, para minimizar este efeito eleva-se a tensão diminuindo assim a corrente 3, uma vez que a resistência 4 é constante (U=R*I). Após ser elevada nos transformadores elevadores, a energia é transportada até às subestações. Aqui é reduzida para alta tensão (60KV ou 110KV). É, novamente, transportada até subestações, mas desta vez é reduzida para média tensão (15KV ou 30KV). A partir daqui a energia pode ser distribuída aos consumidores de média tensão, como industrias ou a FEUP, ou pode ser reduzida para baixa tensão (230V ou 400V) para os consumidores da mesma. Diagrama 1 : Transporte de energia 1 Tensão (U): diferença de potencial entre dois pontos, medida em Volts (V). 2 Efeito de joule (W): dissipação de calor por um condutor quando percorrido por corrente.w=ri 2 t 3 Corrente (I): fluxo de electrões que percorre um condutor. A sua intensidade é medida em Amperes (A). 4 Resistência (R): oposição que um dado material oferece à passagem de corrente eléctrica. É medida em Ohms (Ω). 7

8 consumo (KWh) Mas como é feita a distribuição de energia eléctrica na FEUP? A FEUP é uma instituição com grandes necessidades energéticas, tal como se pode concluir analisando os gráficos em baixo (valores aproximados) Julho Dias Gráfico 1: Consumo energético em Julho 2009 Note-se que, embora a faculdade esteja aberta ao fim-de-semana, é nos dias úteis que o consumo de energia é mais elevado. Tal deve-se ao facto de ser de segunda a sexta que todos os departamentos funcionam e que o fluxo de alunos é maior. 8

9 Consumo (KWh) Consumo por dia Horas Gráfico 2: Consumo por hora em Julho 2009 De salientar, ainda, que o consumo é maior entre 10h e as 20h. Considerando todo este consumo, é necessário que as perdas de energia sejam mínimas, tal como os gastos. A faculdade recebe a energia em média tensão (15KV). Esta é recebida num dos três postos de transformação existentes (PT1). Os três postos estão ligados em anel como ilustra a figura. Figura 5: Ligação em anel 9

10 Utiliza-se a distribuição em anel nos postos de transformação para garantir o constante funcionamento dos PT s da FEUP, caso um se avarie ou uma ligação se rompa. Exemplo: Figura 6: Ligação em anel quebrada O PT1 recebe e energia proveniente de uma subestação em Paranhos. Figura 7: Posto de transformação 10

11 Esta chega em linhas trifásicas (chegadas) em cabo subterrâneo. Em seguida, a energia segue para a cela de saída em média tensão e para a cela de protecção. A primeira tem a finalidade de alimentar os outros postos de transformação de forma a assegurar o funcionamento da rede em caso de avaria. Já na segunda a protecção é efectuada por disjuntores trifásicos que actuam sempre que há elevados curto-circuitos ou sobrecargas na rede. A energia vai da cela de protecção para a de transformação, onde se encontra o transformador de potência trifásico, que permitirá reduzir de média tensão para baixa tensão: o primário do transformador é alimentado por três barramentos 5 em média tensão; do secundário do transformador saem quatro barramentos (três fases mais neutro), em baixa tensão, que irão ser ligados ao cabo que constituirá a rede de distribuição para os departamentos. A partir de cada PT a energia é fornecida radialmente, ou seja, para alimentar cada departamento só existe um caminho, se este for interrompido o departamento fica sem energia. Figura 8: Distribuição Radial Já em cada departamento, para que não haja o perigo de danificar qualquer equipamento ligado à corrente, existe um dispositivo de protecção regulado para uma corrente máxima. Este dispara no momento em que a corrente ultrapassa o valor prédefinido. Esta medida de prevenção é necessária pois, considerando que I=U/R, em que R é constante, se a tensão for superior ao estimado a corrente também será e, consequentemente, a potência 6 fornecida ao equipamento será superior ao pretendido, podendo desta forma danificar o mesmo. 5 Barramentos: Barras de cobre ou alumínio de secção geralmente rectangular. 6 Potência (P): energia consumida por unidade de tempo. P=UI medida em Watts, ou J/s 11

12 Em suma, a distribuição de energia eléctrica na FEUP faz-se de acordo com a seguinte figura: Figura 9: Distribuição dos PT s e sinalização dos departamentos alimentados por cada posto Analisando a figura anterior, é fácil concluir que cada PT alimenta os departamentos mais próximos. Tal disposição evita as perdas de energia, e, por conseguinte, a tensão que chega aos departamentos é praticamente a mesma que a que sai dos PT s. Se a distância entre o posto e o departamento correspondente fosse maior, tendo em conta que a corrente diminui quanto maior for o cabo (devido à dissipação de calor) e que U=RI, a tensão também diminuiria. Por sua vez, esta chegaria ao equipamento com o valor muito menor que o apropriado, podendo assim danificar o mesmo. 12

13 Sumário Final Este trabalho teve como objectivo responder à questão - problema: Como é feita a distribuição de energia eléctrica na FEUP? Apesar de limitado, o trabalho apresentado responde minimamente ao problema proposto. Foi possível concluir que a energia eléctrica chega à instituição em média tensão e que é já dentro desta que é transformada em baixa tensão permitindo a alimentação dos diferentes departamentos. Esta transformação é operada nos postos de transformação existentes em número de três e ligados em anel de forma a que, em caso de avaria de um destes, os restantes funcionem suprindo as necessidades energéticas. A partir dos postos de transformação a energia eléctrica é distribuída radialmente. Constrangimentos O principal constrangimento sentido prendeu-se com a falta de conhecimentos básicos sobre os conteúdos científicos e técnicos subjacentes ao problema proposto. Este constrangimento teve consequências no desenvolvimento do trabalho, pois impediu um tratamento mais aprofundado da resposta ao problema. A exiguidade de tempo constituiu outro constrangimento pois não permitiu superar as dificuldades mencionadas. 13

14 Referências Bibliográficas Livros: 1. José Matias. Sistemas Analógicos e Digitais. Lisboa: Didáctica Editora, José Matias. Produção Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica. Lisboa: Didáctica Editora, Websites: 1. Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica. Visitado a 27 de Setembro de Disponibilizado por < através de <recursos> <recursos no prof2000> <todos os temas> <electricidade e electrónica> <1 Electricidade e Electrónica> <Apresentações electrónicas> <Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica> 2. Electricidade. Visitado a 2 de Outubro de Disponibilizado por < através de <Electricidade> <Sistema Eléctrico Nacional> 3. Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica. Visitado a 2 de Outubro de Disponibilizado por < através de <Pesquisa> <Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica> <A página do Agrupamento de Escolas> 4. Máquinas Eléctricas 7. Visitado a 2 de Outubro de Disponibilizado por < <Mediateca de Formação> <Mediateca de Formação> <Energia> <Máquinas Eléctricas favorito!>. 7 É necessário fazer o login para aceder a esta fonte de informação por esta via. No entanto, ela estará disponível por pesquisa no google por <powerpoint máquinas eléctricas> e corresponde ao terceiro link <(Microsoft PowerPoint - M\341quinas Aula-1.ppt)> 14