GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DE ELÉTRICA

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1 Universidade do Estado de Mato Grosso Campus Sinop Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DE ELÉTRICA ROGÉRIO LÚCIO LIMA Sinop Novembro de 2016

2 Sistema Elétrico - Estrutura básica Os modernos sistemas de energia elétrica possuem uma estrutura baseada em organização vertical e numa organização horizontal. Empreendimento considerável: Torres metálicas ou postes de concreto de grande porte, cadeia de isoladores, feixe de condutores de cabo nu, cabos de para-raios aéreos, condutor de aterramento, etc... Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 2

3 Sistema Elétrico - Estrutura básica Os modernos sistemas de energia elétrica possuem uma estrutura baseada em organização vertical e numa organização horizontal. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 3

4 Sistema Elétrico - Estrutura básica Organização Vertical o Rede de distribuição primária e secundária ; o Linha de subtransmissão; o Linha de transmissão; o Geração ou produção de energia elétrica. Rede de distribuição primária e secundária são linhas de transmissões denominadas de Rede Primária de Alta Tensão (AT) e Rede Secundária de Baixa Tensão (BT). Operando no Brasil nas tensões de 13,8 e 34,5 KV em AT e em 220/127 V ou 380/220 V em BT. As cargas acima de 75 KW são alimentadas em Alta Tensão (AT), e em Baixa Tensão (BT) se utiliza para alimentar as máquinas, aparelhos, eletrodomésticos e iluminação. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 4

5 Sistema Elétrico - Estrutura básica Linha de Subtransmissão são as linhas que operam com tensões inferiores àquelas do sistema de transmissão; sua função é distribuir a granel a energia transportada pelas linhas de transmissão. Originam-se nos barramentos das subestações regionais e terminam nas subestações abaixadoras locais. Linhas de Transmissão são as linhas que operam com as tensões mais elevadas dos sistemas elétricos, iguais ou acima de 69 KV, tendo como função principal o transporte da energia elétrica dos centros de produção para os centros consumidores (carga), como também na interligação de centros de produção ou sistemas independentes. Podendo existir num mesmo sistema elétrico, linhas de transmissão com níveis diferentes de tensão. Geração ou Produção de Energia Elétrica, as tensões desses sistemas são determinadas em função da potência gerada, operando nas tensões padronizadas: 220; 380; 440; 2.400; 4.160; 6.900; V. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 5

6 Sistema Elétrico - Estrutura básica Organização Horizontal Apresenta como característica básica, a distribuição da energia em camadas ou níveis de tensão, que se divide em vários subsistemas. A princípio são isolados eletricamente (em geral são também isolados geograficamente) dos subsistemas vizinhos de mesmo nível, sendo estes ligados entre si apenas através dos sistemas de nível mais elevado. Podendo existir interligações de mesmo nível de tensão, com objetivo de aumentar a flexibilidade e confiabilidade operacional. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 6

7 Sistema Elétrico - Estrutura básica A integração dos sistemas regionais e mesmo nacionais, pela interligação dos sistemas isolados, é considerada indispensável, apontando-se principalmente a) A possibilidade de energia entre os diversos sistemas de acordo com as disponibilidades e necessidades diferenciadas; b) A possibilidade de se construírem centrais maiores e mais eficientes que seriam economicamente viáveis em cada sistema, isoladamente; c) Aumento da capacidade de reserva global das instalações de geração para casos de acidentes em alguma central dos sistemas componentes; d) Aumento da confiabilidade de abastecimento em situações anormais de emergência; Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 7

8 Sistema Elétrico - Estrutura básica e) Possibilidade de um despacho de carga único e mais eficiente, com alto grau de automatização e otimização; f) Possibilidade de manutenção de um órgão de planejamento de alta categoria, em conjunto com rateio de despesas e, consequentemente, menor incidência sobre os custos de cada sistema. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 8

9 Sistema Elétrico - Estrutura básica Esta macroestrutura requer investimentos de grandes proporções, por isso exigem um planejamento pormenorizado e cuidadoso baseado em dois aspectos principais: A. Econômico a fim de garantir que o dinheiro investido realmente comprou o mais conveniente, assegurando ao investidor a necessidade de rentabilidade e, ao consumidor, tarifas baixas; B. Técnico um sistema de energia elétrica moderno deve oferecer aos consumidores de energia a segurança de um fornecimento de alta qualidade, exigindo-se em geral: a. Serviço contínuo sem interrupções DEC (Frequência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora), FEC (Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora); b. Fornecimento de energia em frequência e tensões uniformes e constantes, isentas de flutuações; Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 9

10 Sistema Elétrico - Estrutura básica c. Atendimento a quaisquer demandas instantâneas exigidas pelas instalações cadastradas dos consumidores; d. Capacidade de, a qualquer momento, atender ao aumento de demandas dos atuais consumidores de novos pedidos de conexão. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 10

11 Sistema Elétrico - Estrutura básica Situação no Brasil Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 11

12 Sistema Elétrico - Estrutura básica Situação no Brasil Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 12

13 O desempenho elétrico de uma LT depende quase que exclusivamente de sua geometria, ou seja, de suas características físicas, pois não só determinam o seu comportamento em regime normal de operação, como define os parâmetros elétricos quanto a capacidade de suportar as sobrecorrentes e sobretensões de qualquer natureza, interna ou externa ao sistema, com a composição básica de: condutores, isoladores, ferragem, estruturas, cabo para-raios e aterramento. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 13

14 Condutores Condutores ideais para linhas aéreas de transmissão seriam aqueles que pudessem apresentar as seguintes características: A. Alta condutibilidade elétrica para que as perdas por Efeito Joule (RI 2 ) possam ser mantidas, economicamente dentro dos limites toleráveis, oneram diretamente o custo de transporte de energia; B. Baixo custo o custo dos cabos condutores absorve parcela ponderável do investimento total de um linha, influindo, portanto, de maneira decisiva no custo do transporte da energia. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 14

15 Condutores C. Boa resistência mecânica a fim de assegurar integridade mecânica à linha, garantindo continuidade de serviço e segurança às propriedades e às vidas em suas imediações; D. Baixo peso específico as estruturas de suporte são dimensionadas para absorver os esforços mecânicos transmitidos pelos condutores, um dos quais é o seu próprio peso. Portanto, quanto maior for este, mais robustas e caras serão as estruturas; E. Alta resistência à oxidação e à corrosão por agentes químicos poluentes a fim de que não venham sofrer redução em sua secção com o decorrer do tempo, provocando redução na sua resistência mecânica e eventual ruptura. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 15

16 Condutores o Atualmente o alumínio é o mais usado, desde 1908 com a invenção do cabo de alumínio com alma de aço. o A utilização de condutores múltiplos teve início em 1950 na Suécia e em seguida nos outros países. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 16

17 Isoladores Os isoladores são submetidos aos esforços mecânicos transmitidos pelos condutores que por sua vez são transferidos para as estruturas, em três condições: o Forças verticais - devido ao próprio peso dos condutores; em clima frio esse peso é acrescido do peso da capa de gelo que pode se formar ao redor do mesmo; o Forças horizontais axiais - no sentido dos eixos longitudinais das linhas, para que os condutores se mantenham suspensos sobre o solo; o Forças horizontais transversais, em sentido ortogonal aos eixos longitudinais das linhas, devido à ação da pressão do vento sobre os próprios cabos. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 17

18 Isoladores As solicitações de natureza elétrica que o isolador deve resistir são: Tensão nominal e as sobretensões em frequência industrial; Surto de tensão, por sobretensões de manobra ou por descarga atmosférica. Quanto ao material de fabricação tem-se os isoladores de porcelana vitrificada e isoladores de vidro temperado, sendo estes os mais usados, e isoladores de resina ou poliméricos. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 18

19 Isoladores Quanto à forma, classificam-se em isolador tipo disco em porcelana ou vidro temperado, do tipo coluna em porcelana, vidro temperado ou resina (polimérico). Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 19

20 Isoladores Quanto ao modo de montagem temos as cadeias de isolador do tipo suspensão e as cadeias de isolador do tipo ancoragem que além dos esforços normais devem suportar os esforços de tração dos condutores. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 20

21 Ferragens A ferragem constitui as peças que devem suportar os condutores e conectá-los às cadeias de isoladores e estas às estruturas, seu projeto requer cuidados especiais frente aos efeitos eletromagnéticos e eletrostáticos: Grampos de suspensão: é um dispositivo que recebe os cabos condutores e os conecta nas cadeias de isoladores, protegendo do esmagamento os fios que compõem o cabo condutor. Anel anticorona: é instalado normalmente na lateral do grampo de suspensão do condutor na cadeia de isolador e, tem por finalidade distribuir o potencial elétrico devido arestas ou angulosidade da ferragem. Espaçadores: são dispositivos usados nos feixes de condutores para impedir que os mesmos se toquem. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 21

22 Ferragens Amortecedores de vibração: são dispositivos instalados a cada 50 ou 60 m, no condutor para reduzir a amplitude das vibrações. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 22

23 Estruturas As linhas trifásicas empregam-se fundamentalmente três disposições de condutores nas estruturas: o Disposição triangular, os condutores estão dispostos segundo os vértices de um triângulo; o Disposição vertical, os condutores são dispostos no plano vertical, muito usados em circuito duplo na LT área urbana; o Disposição horizontal, os condutores são fixados no plano horizontal. Sua principal vantagem reside em permitir estruturas de menor altura para um mesmo vão ou distância entre estruturas da LT. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 23

24 Estruturas Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 24

25 Cabo para raio Os cabos para-raios convencionais são normalmente de aço galvanizado de diâmetro mínimo de 3/8 e rigidamente aterrados através das estruturas. Cabos para-raios quando utilizados para transmissão de sinal de Telecomunicação, emprega cabo do tipo fibra ótica, que tem composição diferente do cabo para-raio convencional. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 25

26 Aterramento O sistema de aterramento de uma LT é de fundamental importância para segurança de terceiros e do próprio sistema elétrico quanto a surto de tensão por manobra ou descarga atmosférica e corrente de curto-circuito. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 26

27 Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica FUCHS, R. D. Transmissão de Energia Elétrica/Linhas Aéreas vols. 1 e 2, LTC Editora S.A STEVENSON, W. D. Elementos de Análise de Sistemas de Potência 1ª e 2ª Edição, Editora McGraw-Hill do Brasil 1974 e Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 27