UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA CAPÍTULO 1- VISÃO GERAL DO SISTEMA ELÉTRICO

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Fernando das Neves di Azevedo
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1 UNERSDADE FEDERAL DO PARÁ NSTTUTO DE TECNOLOGA FACULDADE DE ENGENHARA ELÉTRCA DSCPLNA: NSTALAÇÕES ELÉTRCAS Prof.a : CARMNDA CÉLA M. M. CARALHO CAPÍTULO - SÃO GERAL DO SSTEMA ELÉTRCO.- NTRODUÇÃO A energia elétrica fornecida pelas concessionárias é a última etapa de um processo que se inicia com a produção de energia pelas usinas geradoras, passa pelos sistemas de transmissão e de distribuição e chega ao seu destino final: os consumidores (figura.): GERAÇÃO 3,8 k TRANSMSSÃO 38 k; 30 k DSTRBUÇÃO 3,8 K Fig..: Esquema simplificado de um sistema elétrico Na etapa de geração, energia não elétrica é transformada em energia elétrica, utilizando-se, por exemplo:

2 Usinas hidroelétricas: utilizam energia potencial e de pressão da água (figura.). Fig..: Usina Hidrelétrica Usinas termelétricas: utilizam energia térmica proveniente da queima de combustíveis fósseis (carvão mineral e óleo diesel), não fósseis (madeira, bagaço de cana) ou outros combustíveis, como o gás natural e o urânio enriquecido (usinas nucleares figura.3). Fig..3: Usina Nuclear O sistema de transmissão é o responsável pelo transporte da energia, em tensões elevadas (69 k; 38 k), desde a geração até o sistema de distribuição. Existem consumidores, no entanto, que são alimentados a partir dessas linhas (grandes consumidores). Nesse caso, as etapas posteriores de abaixamento da tensão são efetuadas pelo próprio consumidor. nstalações Elétricas - Capítulo : isão Geral do Sistema Elétrico

3 A rede de distribuição urbana é constituída pelas linhas de distribuição primária e secundária (figura.4) e inicia nas subestações abaixadoras, onde a tensão da linha de transmissão é baixada para valores padronizados da rede primária (3,8 k; 34,5 k). Fig..4: Estrutura urbana com circuito primário e secundário As linhas de distribuição primárias alimentam diretamente as indústrias e os prédios de grande porte (comerciais, institucionais e residenciais), que possuem subestação abaixadora própria. As linhas de distribuição secundárias possuem tensões mais reduzidas (7/0 ou 0/380 ) e alimentam os pequenos consumidores residenciais e as pequenas indústrias e oficinas, entre outros..- NÍES DE TENSÃO tipos: Os níveis de tensão utilizados nas redes de alimentação podem ser de três Extra-Baixa Tensão: são tensões de até 50 CA ou 0 CC. São instaladas em locais onde o usuário corre grande risco de sofrer choque elétrico. Exemplo: luminação subaquática de piscinas. Baixa Tensão: são tensões de até 000 CA ou 500 CC. No Brasil, as redes de distribuição das concessionárias operam com as seguintes tensões em corrente alternada: - Para sistemas trifásicos a 3 ou 4 condutores: 7/0; 0/380; 0/08 (consumidores residenciais). 54/440; 440; 460 (uso industrial, oficinas ou casos particulares). - Em redes monofásicas a 3 condutores: 7/54; 0/440; 0/40; 5/30. nstalações Elétricas - Capítulo : isão Geral do Sistema Elétrico 3

4 Média e Alta Tensão: são as tensões maiores que 000 CA ou 500 CC (até 69k é considerada Média Tensão). No Brasil, as tensões CA podem ser de 3K; 4,6K; 6K; 3,8K; 4,K; 34,5K; 69K; 38K; 30K e 500K. Acima de 500K deve ser realizado um estudo econômico para decidir a melhor opção entre tensão alternada e tensão contínua..3- CONCETO DE POTÊNCA ATA, REATA E APARENTE Potência ativa: é a potência transformada em luz (pelas lâmpadas), calor (pelos ferros elétricos, torneiras elétricas e chuveiros elétricos, por exemplo) e movimento (pelos motores elétricos). Sua unidade de medida é o watt (W). Potência reativa: é a potência transformada em campo magnético. Ela aparece em circuitos de corrente alternada que contêm transformadores, motores e reatores de lâmpadas fluorescentes, por exemplo. Sua unidade de medida é o volt-ampère reativo (Ar). Potência aparente: é a potência total fornecida pela concessionária aos consumidores. Constitui a soma vetorial das potências ativa e reativa, conforme mostrado vetorialmente na figura.5. Sua unidade de medida é o volt-ampère (A). S Q θ Então: S = P + Q P Fig..5: Diagrama vetorial das potências ativa, reativa e aparente Em circuitos com motores ou outros enrolamentos, a tensão se adianta em relação a corrente (figura.6). Ao cosseno do ângulo de defasagem entre a tensão e a corrente chama-se fator de potência., cosθ θ θ t senθ Fig..6: Diagramas de defasagem entre tensão e corrente em um circuito indutivo nstalações Elétricas - Capítulo : isão Geral do Sistema Elétrico 4

5 Da figura.5, tem-se: cosθ = P S Então, as expressões gerais da potência aparente para os circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos são dadas por: Circuitos monofásicos: S = fase-neutro Circuitos bifásicos: S = fase-neutro Circuitos trifásicos: S = 3 fase-neutro ou S = 3 fase-fase Observação : A expressão P = é válida somente para circuitos de corrente contínua ou para circuitos monofásicos de corrente alternada com carga resistiva. sso acontece nos equipamentos que só possuem resistência, como: lâmpadas incandescentes, torneiras elétricas e chuveiros elétricos. Observação : 0 cosθ ou, em termos percentuais: 0 cosθ 00%..4- Sistemas com Harmônicos A presença de harmônicos é registrada através de deformações presentes na tensão de alimentação do sistema ou na corrente absorvida por um equipamento de natureza não-linear. Sob condição de regime permanente, a decomposição da onda distorcida resulta em várias ondas sobrepostas à onda de freqüência nominal do sistema. A freqüência dessas ondas (denominadas de harmônicos) é um múltiplo inteiro da freqüência nominal de operação da onda (freqüência fundamental). Por exemplo, se a freqüência de operação da onda fundamental for 60 Hz, o segundo harmônico encontra-se na freqüência de 0 Hz, a freqüência do terceiro harmônico será de 80 Hz e assim por diante. Na figura.7 é possível identificar os componentes de 3 a, 5 a, 7 a e 9 a ordens (em percentual da corrente fundamental) da corrente absorvida por um dispositivo não-linear. h / fundamental terceira ordem quinta ordem -0.4 sétima ordem nona ordem -0.6 Figura.: Decomposição harmônica de uma forma de onda nãolinear Ângulo, em radianos Figura.7: Decomposição harmônica de uma forma de onda não-linear nstalações Elétricas - Capítulo : isão Geral do Sistema Elétrico 5

6 Com isso, alguns conceitos importantes relacionados à análise do problema de harmônicos podem ser definidos: - Taxa de Distorção Harmônica ou THD (Total Harmonic Distortion): indica o quanto uma forma de onda se apresenta deformada em relação à onda perfeitamente senoidal do valor fundamental. Pode ser calculada em relação à tensão (THD v %) ou à corrente (THD i %) como: h= THD v % = x00% THD i % = x00% onde: h : tensão harmônica de ordem h : componente fundamental da tensão h : componente harmônica de ordem h da corrente : componente fundamental da corrente h - Fator de deslocamento: cosseno do ângulo de defasagem entre as componentes fundamentais da corrente e da tensão de entrada. É calculado em função da potência ativa e da potência aparente, ou seja: h= h FD = P S = x x cos φ = cosφ onde: P : potência ativa consumida para h = S : potência aparente consumida para h = φ : ângulo de fase da fundamental - Fator de potência: é calculado em função da potência ativa total e da potência aparente total, incluindo os harmônicos, ou seja: onde: : valor eficaz da tensão v(t). : valor eficaz da corrente i(t). FP = P S = T T 0 v( t )i( t )dt x Para tensão de alimentação puramente senoidal, o fator de potência pode também ser definido de acordo com a equação a seguir: FP x = cosφ = cosφ x = FD + THD i nstalações Elétricas - Capítulo : isão Geral do Sistema Elétrico 6

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