Eletricidade básica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Baixe Eletricidade básica e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! ELETRICIDADE BÁSICA 2 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELÉTRICO NO ESTADO DE SÃO PAULO - CPN Manual de treinamento curso básico segurança em instalações e serviços com eletricidade - NR 10 COORDENAÇÃO CPN - GESTÃO 2004/ 2005 Luiz Carlos de Miranda Junior – CPFL Energia COORDENAÇÃO DO PROJETO Dhébora de Abreu Alves Poloto – AES Eletropaulo ELABORAÇÃO E REVISÃO TÉCNICA/ PEDAGÓGICA Cláudio Sergio Denipotti – ELEKTRO Eletricidade e Serviços S.A. Daniel Calesco – AES Tietê Dhébora de Abreu Alves Poloto – AES Eletropaulo Edson Muniz de Carvalho – AES Eletropaulo Fabio Lellis Polezzi – CTEEP Companhia de Transmissão Energia Elétrica Paulista Frederico Prestupa Neto – CPFL Energia Jorge Santos Reis - Fundacentro Luiz Roberto Xisto – Bandeirante Energia Maria Cândida de Sousa – CTEEP Companhia de Transmissão Energia Elétrica Paulista COLABORAÇÃO Carlos Alberto Ruzzon – AES Tietê Helenice Ticianelli – AES Tietê Ivan Gomes Cortez – AES Eletropaulo José Carlos Porto Zitto – CPFL Energia Marcelo Serra Lacerda da Silva - SABESP Nicola Francelli – CPFL Energia Paulo Roberto Coelho - SABESP Robert Werner Dallmann - SABESP Valdir Lopes da Silva – AES Eletropaulo Comitê de segurança e saúde do trabalho – Fundação COGE CRIAÇÃO GRÁFICA E DIAGRAMAÇÃO Michel Lucas de Oliveira – AES Eletropaulo Rodolfo Dala Justino – AES Eletropaulo Daniel Di Prinzio – AES Eletropaulo COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 5 INTRODUÇÃO Esta apostila tem por objetivo fornecer informações básicas sobre eletrotécnica. INTRODUÇÃO À ELETRICIDADE Constituição da matéria Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço. A matéria é constituída de moléculas que, por sua vez, são formadas de áto- mos. O átomo é constituído de um núcleo e eletrosfera, onde encontramos os: • Elétrons • Prótons • Nêutrons Portanto, o átomo é formado por: Elétron: É a menor partícula encontrada na natureza, com carga negativa. Os elétrons estão sempre em movimento em suas órbitas ao redor do núcleo. Próton: É a menor partícula encontrada na natureza, com carga positiva. Situa-se no núcleo do átomo. Nêutron: São partículas eletricamente neutras, ficando também situadas no núcleo do á- tomo, juntamente com os prótons. 6 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Natureza da eletricidade Eletricidade é o fluxo de elétrons de átomo para átomo em um condutor. Figura 1 - Toda matéria é constituída de átomos. Para entendê-la, deve-se pensar na menor parte da matéria, o átomo (figura 1). Todos os átomos tem partículas chamadas elétrons, que descrevem uma órbita ao redor de um núcleo com prótons. O elemento mais simples é o hidrogênio. Como se pode ver na Figura 1, seu átomo tem um único elétron em órbita ao redor do núcleo, com um próton. Um dos mais complexos elementos é o urânio, que tem 92 elétrons em órbita ao redor de um núcleo com 92 prótons. Cada elemento tem sua própria estrutura atômica, porém cada átomo de um mesmo elemento tem igual número de prótons e elétrons. Figura 2 - Estrutura de um átomo de cobre. O elemento cobre é muito empregado em sistemas elétricos, porque é um bom condutor de eletricidade. Essa conclusão pode ser facilmente verificada observando-se a figura 2. O áto- mo de cobre contém 29 prótons e 29 elétrons. Os elétrons estão distribuídos em quatro camadas ou anéis. Deve-se notar, porém, que existe apenas um elé- tron na última camada (anel exterior). COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 7 Esse é o segredo de um bom condutor de eletricidade. Elementos cujos átomos tem menos de quatro elétrons em seus respectivos a- néis exteriores são geralmente denominados ”bons condutores”. Elementos cujos átomos têm mais de quatro elétrons em seus respectivos anéis exteriores são maus condutores. São, por isso, chamados de isolantes. Poucos elétrons no anel exterior de condutores são mais facilmente desalojados de suas órbitas por uma baixa voltagem, para criar um fluxo de corrente de á- tomo para átomo. Em síntese: • átomos têm elétrons em órbita ao redor de um núcleo com prótons; • cada átomo contém igual número de elétrons e prótons; • os elétrons ocupam camadas ou anéis, nos quais orbitam em volta do núcleo; • átomos que possuem menos de quatro elétrons no seu anel exterior são bons condutores de eletricidade (exemplo: cobre). Já se determinou que os átomos possuem partículas chamadas prótons e elé- trons. Essas partículas tem determinadas cargas: Prótons - cargas positivas (+) Elétrons - cargas negativas (-) Os prótons, no núcleo, atraem os elétrons, mantendo-os em órbita. Desde que a carga positiva dos prótons seja igual a carga negativa dos elétrons, o átomo é eletricamente neutro. Entretanto, essa igualdade de cargas pode ser alterada; se elétrons são retirados do átomo, este se torna carregado positivamente(+). Assim sendo: • átomos carregados negativamente - maior número de elétrons; • átomos carregados positivamente - menor número de elétrons; As figuras abaixo exemplificam as afirmações acima. SUPORTE SUPORTE SUPORTE BASTÃO DE BORRACHA BOLA BASTÃO “CARREGA” BOLA NEGATIVAMENTE CARGAS IGUAIS SE REPELEM BOLA BASTÃO DE BORRACHA Figura 3 - Cargas de mesmo sinal se repelem. 10 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Definição A este movimento ordenado de elétrons damos o nome de CORRENTE ELÉTRICA. NOTA: Sinais de mesmo nome se repelem. Sinais de nome diferente se atraem. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 11 Corrente elétrica Esse fluxo ou corrente de elétrons continuará, enquanto as cargas positivas e negativas forem mantidas nos extremos do fio (carga de sinal contrário atraindo- se). Isso é fenômeno da eletricidade atuando, de onde se conclui: eletricidade é o fluxo de elétrons de átomo para átomo em um condutor (Figura 5). CARGAS POSITIVAS FIO DE COBRE CARGAS NEGATIVA FLUXO DE ELÉTRONS Figura 5 - Fluxo de elétrons em um condutor. Unidade de medida da corrente elétrica Para se expressar a quantidade de corrente elétrica utilizamos o ampère. Exemplo: I = 3 ampères I = 3A Múltiplos e submúltiplos Para corrente inferiores utilizamos o miliampère (mA). Para correntes superiores utilizamos o kiloampère (kA). Exemplo: I=2mA = 0,002A I=6kA = 6000A O aparelho utilizado para medir a intensidade de corrente elétrica (I) é o AMPERÍMETRO. O amperímetro deve ser ligado em série com o circuito; conforme figura abaixo: 12 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP INTENSIDADE DA CORRENTE ELÉTRICA Entende-se por intensidade de corrente elétrica a quantidade de elétrons que fluem através de um condutor durante um certo intervalo de tempo. A unidade de medida padrão da intensidade da corrente elétrica é o”AMPÈRE”que é representado pela letra maiúscula”A”. O aparelho destinado para medí-la chama-se ”Amperímetro”. Noção de curto-circuito Este termo é empregado quando há uma ligação direta entre um condutor ou equipamento energizado e a terra. Um curto-circuito representa uma instabilidade elétrica e seus efeitos são mais nocivos que os efeitos causados pelas sobrecorrentes. Tipos de Curto-Circuitos a. trifásico b. bifásico c. bifásico à terra d. fase à terra Diferença entre sobrecorrente e curto-circuito No caso das sobrecorrentes, ocorre uma elevação gradual em intensidade da corrente elétrica, enquanto que na ocasião dos curtos-circuitos a corrente elétri- ca assume valores altíssimos instantâneamente. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 15 Há uma maior diferença de potencial elétrico (d.d.p.). Ligando-se os corpos A e B com um condutor, o ”potencial elétrico” de A em- purra os elétrons para B, até que se igualem os potenciais. Comparando-se os dois casos, podemos dizer que o potencial elétrico é uma ”pressão elétrica” que existe nos corpos eletrizados. Portanto dizemos que: Tensão elétrica é a pressão exercida sobre os elétrons para que estes se movi- mentem. O movimento dos elétrons através de um condutor é o que chamamos de cor- rente elétrica. Para que haja corrente elétrica é necessário que haja uma diferença de poten- cial entre os pontos ligados. Os elétrons são ”empurrados” do potencial negativo para o potencial positivo. A tensão é também chamada de diferença de potencial (d.d.p.) ou voltagem. 16 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP O mesmo efeito ocorre com a Eletricidade. Uma carga elétrica tende a passar do ponto de potencial maior para outro de potencial menor. O movimento de elétrons pelo fio condutor irá igualar os potenciais, cessando-se em seguida. Porém, pretendendo-se manter a corrente elétrica, deve-se manter a diferença de potencial nos terminais do condutor. Estes terminais denominam-se pólos e convenciona-se chamar positivo o de maior potencial e negativo o outro. É usual tomar como referência de potencial elétrico à terra, a qual se atribui o valor zero. Assim, ao firmar que o potencial elétrico é positivo ou negativo, diz- se que seu potencial é maior ou menor em relação ao da terra. O símbolo utilizado para representação da tensão é a letra maiúscula”V”, que é também utilizada como unidade de medida padrão. O aparelho destinado a medi-la chama-se Voltímetro. Fonte de Tensão Alternada / Continua O equipamento utilizado para o fornecimento de tensão alternada é o chamado Alternador e seu princípio de funcionamento se dá através da indução eletro- magnética. A tensão alternada pode ter os seus valores aumentados ou diminuídos com fa- cilidade, (através do emprego de transformadores), o que não ocorre com ten- são contínua. Por isso, as fontes geradoras utilizadas pelas indústrias de energia elétrica são fontes de energia alternada. A fonte mais utilizada para fornecimento de tensão continua é a bateria e os re- tificadores. Este é um fator muito importante para a transmissão e distribuição de energia elétrica. No caso de fornecimento de energia às indústrias que se utilizam de tensão contínua, por exemplo nas indústrias químicas, são utilizados retificado- res para a conversão da tensão alternada em tensão contínua. Tensão (Volts) + Tempo (seg) COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 17 Podemos observar no gráfico acima, que a tensão contínua se mantém cons- tante em relação ao tempo. Tensão (Volts) + Tempo (seg) - A tensão alternada é variável em relação ao tempo tanto na polaridade quanto na sua intensidade. Resistividade dos Materiais É a propriedade característica específica de um material, em relação a sua constituição atômica. A resistividade é diferente para diferentes materiais, sendo ela que determina a maior ou menor oposição do material, em relação a corrente elétrica. Unidade de Medida da Tensão Elétrica VOLT é utilizado como unidade de tensão elétrica, representado pela letra ”V”. EX: 127 volts =127 V Múltiplos e Submúltiplos Para tensões mais elevadas utilizamos os Kilovolt (KV). 13,8kilovolt = 13,8KV = 13.800V O aparelho utilizado para medir a tensão elétrica chama-se VOLTÍMETRO. 20 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Unidade de medida de resistência elétrica O OHM é utilizado como unidade de medida de resistência elétrica, sendo re- presentado pela letra grega ômega (Ω) Exemplo: 320 ohms = 320 Ω Múltiplos e submúltiplos • mega-ohm = MΩ • Kilo- ohm = KΩ • Mili- ohm = mΩ • Micro- ohm= uΩ O aparelho utilizado para medir resistência elétrica chama-se OHMÍMETRO. Quando se deseja medir resistência elétrica de um material, deve-se ligar os terminais do ohmímetro aos terminais do material. Cuidados na utilização do ohmímetro 01- A graduação máxima da escala deverá ser sempre maior que a resistência máxima que se deseja medir. 02- Ajustar o ohmímetro a zero toda vez que se for medir uma resistência. 03- A resistência deve ser medida sempre com ausência de corrente e desco- nectada do circuito. 04- Evitar choque mecânico do aparelho. 05- Usar o aparelho sempre na posição correta, para minimizar erros de medi- ção. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 21 LEI DE OHM Definição Nos circuitos elétricos, os valores da tensão, corrente e resistência estão propor- cionalmente relacionados entre si por uma lei fundamental da eletricidade, de- nominada ”Lei de OHM”. A lei OHM determina a seguinte relação: ”A corrente elétrica num circuito é di- retamente proporcional à tensão aplicada e inversamente proporcional à resis- tência do circuito”. Temos abaixo, um circuito onde os valores das três grandezas elétricas acham- se determinados. V= 20 Volts R= 5 Ohms I = 4 Ampères Podemos observar entretanto, que um aumento de valor da tensão elétrica apli- cada, implicará num aumento da corrente, o que pode ser comprovado com o aumento do brilho da lâmpada. Concluímos que a intensidade da corrente elétrica é diretamente proporcional ao valor da tensão aplicada, desde que o valor da resistência do circuito seja constante. V= 25 Volts R= 5 Ohms I = 5 Ampères Na segunda montagem, temos um circuito elétrico onde se acham determina- dos os valores da tensão corrente e resistência. V= 30 Volts R= 5 Ohms I = 6 Ampères 22 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Podemos observar que um aumento da resistência elétrica do circuito implica na diminuição da corrente, o que pode ser comprovado pela diminuição do bri- lho da lâmpada. Concluímos que a intensidade da corrente é inversamente proporcional à resis- tência, desde que o valor da tensão aplicada seja mantido constante no circui- to. V= 30 Volts R= 10 Ohms I = 3 Ampères Fórmula da Lei de OHM A Lei de Ohm é expressa pela seguinte fórmula: IxRV = Obtemos da mesma Lei outras duas expressões: R VI I VR == Exemplo: Calcular o valor da corrente elétrica num círcuito, onde a tensão mede 10 volts e a resistência é de 20 ohms. R VI = ampèresI 5,0 20 10 == Na folha seguinte são propostos alguns exercícios. Se variarmos a tensão e mantivermos a resistência fixa... ... verificamos que a corrente varia no mesmo sentido da variação da tensão. “QUANTO MAIOR A TENSAO, MAIOR SERÁ A CORRENTE”. QUANTO MENOR A TENSÃO MENOR SERÁ A CORRENTE. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 25 Comportamento da Tensão e Corrente Na associação em série, a corrente elétrica que percorre as resistências é sem- pre da mesma intensidade, ou seja: I = CONSTANTE Em contrapartida, haverá sempre uma queda de tensão em cada uma das re- sistências associadas. A somatória das várias quedas de tensão resultará no valor da tensão fornecida pela fonte. Resistência Equivalente Resistência equivalente de um circuito é a resultante que equivale a todas as resistências associadas. Qualquer associação de resistências pode, para efeito de cálculo, ser substituí- da por uma resistência equivalente. Associação de resistências Classificação dos circuitos a. Circuito série b. Circuito paralelo c. Circuito misto Cálculo da Resistência Equivalente Associação em série Na associação em série, o cálculo é bastante simples: apenas, somam-se os valores da resistência. ohmsRohmsRohmsR 1024 321 === 321 RRRReq ++= 1024 ++=qeR ohmsReq 16= 26 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Apesar de 3 resistores associados a fonte enxerga como carga um único resistor de 16 ohms, ou seja: o equivalente da associação. ohmsReq 16= Circuito em série Desde que você ligue resistências com extremidade, elas ficarão ligadas em sé- rie. Exemplo: Vagões de trem Para que haja corrente nas resistências é necessário ligar os terminais restantes a uma fonte de tensão. Medindo as correntes nas resistências verificamos que a corrente é a mesma em todas as resistências: Medindo as tensões nas resistências, vamos verificar que a tensão da fonte é repartida entre as resistências, ou seja, a soma das quedas de tensão nas resis- tências é igual à tensão da fonte. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 27 Resistência equivalente É uma única resistência que pode ser colocada no lugar das outras resistências do circuito. Ou seja, submetida à mesma tensão permitirá a passagem do mesmo valor de corrente. Conclusão Circuito série é aquele em que a corrente possui um único caminho a seguir no circuito e a tensão da fonte se distribui pelas resistências que compõem o cir- cuito. Neste tipo de circuito existe a interdependência entre as resistências. Se uma delas queimar, a corrente não circulará mais. Associação em Paralelo de Resistências Neste tipo de associação, circula, através de cada resistência, uma determinada corrente elétrica que é sempre inversamente proporcional ao valor da resistên- cia. No exemplo abaixo, a corrente elétrica sai da bateria, subdivide-se nas resistên- cias que compõem a associação e, finalmente retoma à fonte. Na associação em paralelo, mesmo que ocorra a queima de uma das resistên- cias, as demais não sofrerão interrupção na sua alimentação. It I 1 It - I1 BATERIA I 2 30 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Conclusão No circuito paralelo, a corrente se divide nos ramais, sendo a soma das mes- mas é igual a corrente total do circuito. A tensão é sempre a mesma em todo o circuito. As resistências são independentes, ou seja, se uma delas queimar, continua passando corrente pelas outras. Para calcularmos a resistência equivalente do circuito paralelo usamos a fórmu- la. Nota: A Resistência equivalente (Re) de um circuito paralelo é sempre menor que a menor resistência do circuito. Circuito misto É aquele em que existem resistências, tanto em série como em paralelo. Exemplo: Resolução do circuito acima: 1. R1 e R2 estão em série, então: Re1 = R1 + R2 2. R3 e R4 estão em série, então encontramos Re2 onde: Re2 = R3 + R4 COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 31 3. R6 e R7 estão em série, então encontramos Re3 onde: 4. Re2 e Re3 estão em paralelo, então encontramos Re4: 5) Re1, Re4 e R5 estão em série, então: Re=Re1+Re4+R5 Re= 29 omega POTÊNCIA ELÉTRICA Introdução Quando ligamos um aparelho em uma máquina elétrica a uma fonte de eletri- cidade, produz-se certa quantidade de”trabalho”, às custas da energia elétrica que se transforma. Por exemplo: O motor de um ventilador transforma a energia elétrica em energia mecânica, provocando um giro na hélice e conseqüente circulação forçada do ar. 32 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP O aquecimento do ferro de passar roupa se processa porque na resistência do mesmo, se verifica uma transformação de energia elétrica em energia térmica (calor). Potencia Elétrica Ainda como exemplo, temos a lâmpada que, através de um filamento interno, transforma a energia elétrica em energia luminosa. Potência elétrica ou mecânica é a rapidez com que se faz trabalho. Podemos considerar, para facilitar o entendimento, como capacidade de produ- zir trabalho que uma carga possui. A potência de uma carga depende de outras grandezas, que são: R (resistência) e V (tensão aplicada). Uma vez aplicada uma tensão à resistência, teremos a corrente I. Assim, podemos dizer que a potência também depende da corrente. Temos: IxVP e IxRP = = 2 Nos prenderemos mais à segunda equação P=V x I onde: V → volts I → ampères Unidade de medida da potência elétrica A unidade de medida da potência elétrica é o WATT (W). Múltiplos e submúltiplos COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 35 A energia elétrica, por sua vez, é levada ao consumidor, onde novamente é transformada nas mais variadas formas de energia: térmica, mecânica, lumino- sa etc. A energia elétrica é medida em watt-hora (Wh), ou em quilowatt-hora (kWh), ou em megawatt-hora (MWh). O aparelho que mede energia elétrica é o medidor de energia elétrica. 1kWh = 1.000Wh 1MWh = 1.000.000Wh Constituição do medidor. • Bobina de tensão • Bobina de corrente • Disco • Imã • Registrador • Terminais de ligação A energia elétrica depende da potência elétrica da carga (P) e do tempo (t) em que a mesma ficou ligada. )()( )()( )( )( hkW hW txPkWhE txPWhE = = Um medidor pode então ser comparado a um wattímetro e um relógio agindo simultaneamente. 36 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP MAGNETISMO Introdução: Antes de mostrarmos como conseguimos obter eletricidade através do magne- tismo, vamos dar uma idéia do que vem a ser isto. Conta a lenda que em uma remota antiguidade, os gregos descobriram que um certo tipo de rocha, que eles encontraram inicialmente perto da cidade de Mag- nésia, na Ásia Menor, tinha o poder de atrair e segurar pedaços de ferro. A ro- cha encontrada era na realidade um tipo de minério de ferro, chamado “magnetita”. Definição: Definimos magnetismo como sendo a propriedade que certos corpos possuem de atraírem materiais ferrosos. Estes corpos são chamados de imãs, também conhecidos por magnetos. Imãs Naturais e Artificiais A magnetita é o imã que se encontra na natureza e o classificamos como”imã natural”. Entretanto, podemos, através de certos artifícios, fazer com que certos corpos (compostos por materiais ferrosos) se tornem imãs. Os imãs obtidos dessa forma são chamados “imãs artificiais”. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 37 Pólos Magnéticos: Um imã não apresenta propriedades magnéticas em toda a sua extensão, mas só em certas regiões chamadas: regiões polares. A figura abaixo ilustra a configuração do campo magnético ao redor de um imã (espectro magnético). Dizemos que extremamente, as linhas de força deixam o pólo norte e se dirigem ao pólo sul dos imãs. Atração e Repulsão dos Pólos Magnéticos: Se dois imãs estiverem próximos um do outro e com liberdade de movimento, eles poderão se atrair ou se repelir. Esta propriedade dos imãs resulta numa re- gra muito importante: pólos magnéticos diferentes se atraem, enquanto que pó- los magnéticos iguais se repelem. Observando a figura abaixo, vemos que existe uma concordância de direção en- tre as linhas de força dos pólos norte e sul dos dois imãs, daí a atração. Por outro lado, a reação entre os campos magnéticos de dois imãs com pólos do mesmo nome, um defronte do outro, tendem a repelir-se. Observando-se a figura abaixo, vemos que não existe uma concordância de direção entre as li- nhas de força dos pólos norte dos dois imãs, daí a repulsão. 40 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Este campo magnético tem forma circular e aparece em toda extensão do con- dutor. Uma bússola colocada perto de um condutor percorrido por uma corrente elétri- ca sofrerá um deslocamento em virtude do campo magnético ao redor deste condutor. Este campo magnético tem um determinado sentido, que depende do sentido da corrente aplicada. Podemos aumentar um campo magnético colocando um núcleo de ferro na bo- tina. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 41 O campo magnético pode ser aumentado quando aumentado a corrente. Podemos aumentar o campo magnético quando aumentamos o número de es- pira da bobina. Invertendo-se o sentido da corrente mudamos a polaridade do imã. O eletroímã só age como imã quando percorrido por corrente. 42 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Podemos conseguir o mesmo campo magnético de um imã possante utilizando um pequeno eletroímã. CORRENTE ALTERNADA A corrente elétrica que estudamos até agora é chamada corrente contínua (CC). Assim chamamos todo tipo de corrente que não muda de sentido no decorrer do tempo. Uma corrente alternada é uma corrente variável que percorre os condutores, tanto em um sentido quanto no outro. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 45 Fator da Potência É a relação entre a potência ativa e a potência aparente. )( )( VAPap WPatFP = O fator de potência representa o quanto da potência total (VA) está sendo usado para produzir trabalho (W). Pode ser expresso em número ou porcentagem, assim: %9292,0 ouFP = O fator da potência também é representado pelo cós. Portanto: ϕϕ cós VxIPay ou cós x Pap Pat == O fator de potência pode variar de 0 a 100% ou de 0 a 1. Quando o FP (cos.) é 1 ou 100%, significa que a potência ativa é igual à po- tência total (VA). Quando o FP (cos.) é 0, significa que o circuito está absorvendo apenas potên- cia reativa da rede, que neste caso é igual a potência total. Baixo fator de potência significa transformar em energia, calor, ou luz somente parte da potência total absorvida. Potência Reativa È a potência usada para a manutenção do campo magnético nas máquinas elé- tricas que possuem enrolamentos de indução. Ex: tranformadores, motores, máquinas de solda, reatores, etc... Esta potência é trocada com a rede, não sendo portanto consumida. Da mesma maneira que a potência ativa, multiplica-se a potência aparente por um fator e como resultado nos dá a parte da potência que não é consumida. O fator utilizado é o sen ϕ. ϕϕ senPrsenPr xIxVouxPap == A unidade da potência reativa é o Var (volt-ampère-reativo). Baixo fator de potência (cos) significa: a. A instalação trabalha sobrecarregada. b. Há sensível queda de tensão e perdas ôhmicas nos alimentadores. c. Paga-se o ajuste do fator da potência à companhia fornecedora de energia. 46 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Alto fator de potência (cos.) significa: a. Eliminação do ajuste pago a companhia fornecedora de energia. b. Redução das perdas ôhmicas. c. Melhoria do nível de regulação da tensão. d. Possibilidade de alimentação de novas máquinas na mesma instalação. e. Melhor aproveitamento de energia. POTÊNCIA DE UM CAPACITOR Constituição do capacitor: O capacitor tem a propriedade de armazenar energia elétrica, dependendo isto da superfície das placas, número de placas e do dielétrico utilizado. Simbologia Sua unidade é o farad (F). 1ª Experiência Sem capacitor ___________________ === xIxVPap Potência ativa indicada pelo wattímetro: A potência aparente é maior que a potência ativa. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 47 2 ª Experiência Com capacitor ___________________ === xIxVPap Potência ativa indicada pelo wattímetro: Colocando-se um capacitor em paralelo com a bobina, a potência indicada pelo wattímetro é a mesma, mas o produto V x I diminui, ou seja, diminui a potên- cia aparente. Isto ocorre porque o capacitor atua em sentido contrário a bobina. Devido a isto utiliza-se o capacitor para melhorar o fator de potência (cos. Bai- xo) das instalações. Instalando um capacitor, ele age inverso à bobina, fazendo diminuir as potên- cias aparente e reativa, conservando o valor da potência ativa e conseqüente- mente diminuindo a potência total (aparente). 50 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP A tensão composta é encontrada entre duas e fases (tensão fase-fase). A tensão composta é 1,73 vezes maior que a tensão simples. Assim: CIRCUITO ESTRELA (Y) Dizemos que um circuito está ligado em estrela, quando as cargas estão ligadas entre fase e neutro e um circuito trifásico. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 51 Circuito estrela equilibrado Considerando um circuito trifásico, com três cargas iguais ligadas em estrela. Notamos que no condutor neutro não há corrente, pois as cargas são iguais. Dizemos, então, que o circuito é estrela equilibrado. Assim podemos eliminar o condutor neutro, sem prejuízo para as cargas. Circuito estrela desequilibrado Considerando um circuito trifásico, com três cargas diferentes, ligadas em estre- la. Notamos que no condutor neutro há uma corrente, pois as cargas são diferen- tes. Dizemos então que é um circuito estrela desequilibrado. Assim, não podemos retirar o condutor neutro, pois a fase que contém menos carga sofrerá uma sobretensão e a fase com maior carga sofrerá uma subten- são. 52 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Nos sistemas elétricos utilizamos comumente o aterramento do condutor neu- tro, afim de garantir a sua continuidade e no caso de interrupção termos um re- torno de corrente pela terra. CIRCUITO TRIÂNGULO () Dizemos que um circuito está ligado em triângulo quando as cargas estão liga- das entre fase e fase, em um circuito trifásico. TRANSFORMADORES Os transformadores são equipamentos muito importantes no transporte de e- nergia elétrica. Graças a eles podemos elevar a tensão para transportamos a mesma potência com uma corrente mais baixa, reduzindo-se assim as perdas, bem como abai- xamos a tensão para valores mais seguro para que possa ser utilizada. Como vimos, a maior parte da corrente que trabalhamos é alternada. COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 55 Exemplo: Um transformador tem 550 espiras no primário e 1100 espiras no secundário. Sua tensão de primário é de 110V. Calcular a tensão do secundário. 2 1 2 1 N N V V = 1100 550110 2 = V 5501100110 2 xVx = 550121000 2 xV= 2550 121000 V= VV 2202 = Transformador Trifásico Podemos utilizar três trafos monofásicos em circuitos trifásicos. Basta relembrar as ligações em circuitos trifásicos e observar que os enrolamentos foram liga- dos: • O primário em estrela • O secundário em triângulo Podemos substituir os três transformadores monofásicos por um trifásico, o qual é constituído por: • 1 núcleo de ferro • 3 enrolamentos primários • 3 enrolamentos secundários • isolamento 56 - COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP Os enrolamentos dos trafos trifásicos de distribuição são ligados da seguinte maneira: • o primário em triângulo • o secundário estrela O condutor neutro na saída do trafo está conectado no centro da estrela. Transformador de potencial (TP) O TP é um tranformador para instrumentos, cuja função é reduzir a tensão a valores convenientes a medição e proteção, isolando os equipamentos da AT. Ligação – em paralelo no circuito. Neste caso a leitura do voltímetro deverá ser multiplicada pela relação do TP (Rtp) para obter a tensão primária. Ex: leitura = 100V, a tensão primária será 100 x 120 = 12.000 V COMISSÃO TRIPARTITE PERMANENTE DE NEGOCIAÇÃO DO SETOR ELETRICO NO ESTADO DE SP - 57 Transformador de corrente (TC) O TC é um equipamento destinado a reduzir a corrente a valores que possam ser aplicados aos aparelhos de medição e proteção. Um exemplo prático de TC é o alicate volt-amperímetro, onde a bobina do pri- mário é o próprio condutor da rede, e a bobina secundária está enrolada em torno das garras do alicate. A bobina secundária alimenta o circuito interno do volt-amperímetro (o galvanômetro). A principal característica do TC é que este possuí poucas espiras no primário e muitas no secundário. Ligação – em série no condutor Nota importante: Ao se desligar o secundário do TC devemos curto-circuitá-lo. Se deixarmos o secundário aberto, surgirá uma AT no mesmo, pois passará a funcionar como um transformador elevador de tensão, o que pode ocasionar uma descarga elé- trica no equipamento, trazendo danos tanto para o equipamento como para o operador.