02-Apostila - Sistemas El-tricos de Pot-ncia II Final

02-Apostila - Sistemas El-tricos de Pot-ncia II Final

(Parte 1 de 6)

Gerência de Educação Profissional de Nível Técnico Coordenadoria de Eletrotécnica

Apostila de

Sistemas Elétricos de Potência I

Vitória agosto de 2005 Vitória agosto de 2005

Vlamyr da Silveira Talyuli Vlamyr da Silveira Talyuli

1. Conceituação Básica -Função do Sistema elétrico de potência

-Geração de energia

-Linhas de transmissão

-Distribuição de energia elétrica

2.Geração de Energia Elétrica -Energia hídrica

-Energia térmica

-Energia nuclear

-Energia eólica

-Energia solar ou fotovoltaica

-Energia maremotriz

- Biomassa

-Gás natural

-Energia geotérmica

-Célula combustível

- Trabalho

3.Linhas de Transmissão -Tensões de transmissão - Padronização

- Materiais utilizados

-Cabos condutores

-Isoladores e ferramentas

-Ferragens e acessórios

-Estruturas das linhas de transmissão

-Disposição dos condutores

-Dimensões das estruturas

-Classificação das estruturas

-Cabos pára-raios

-Escolha do traçado

-Projeto

4.Características de Transmissão de Energia em Corrente alternada e Corrente contínua

5.Condutância de Dispersão e Efeito Corona -Perdas nos isoladores

-Efeito Corona

-Formação dos eflúvios de corona

-Previsão do desempenho das linhas quanto à formação de corona

-Gradiente de potencial na superfície dos condutores

-Análise quantitativa das manifestações do efeito corona

- Radiointerferência

-Ruídos acústicos -Perdas de energia por corona

6.Linhas de Distribuição -Estudo das cargas elétricas

- Introdução

-Classificação das cargas

-Curvas de carga (Diagrama de Cargas)

-Modelos de cargas elétricas

-Composição de cargas

- Materiais utilizados

-Dimensionamento de uma linha de distribuição

-Escolha do traçado

- Projeto

7.Redes de Distribuição - Materiais utilizados

-Iluminação pública

-Dimensionamento de uma RD

-Apresentação e análise de projeto de uma RD

1. Conceituação Básica a)Rede de Distribuição b)Rede de Sub-transmissão c)Rede de Transmissão d)Linhas de Interligação e)Geração ou Produção

1.1Função do Sistema Elétrico de Potência

Integração dos Sistemas Regionais a)Possibilidades de intercâmbio de energia entre os diversos sistemas de acordo com as disponibilidades e necessidades diferenciadas. O excesso de energia disponível em um dos sistemas em certas ocasiões é absorvido por outro que se encontra temporariamente com escassez que a devolverá em seguida, quando inverte a situação de disponibilidade hídrica. b)Possibilidade de construção de centrais maiores e mais eficientes e economicamente mais viáveis em cada sistema isoladamente. c)Aumento de 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 eu de emergência. e)Possibilidade de um despacho de carga única e mais eficiente com alto grau de automatização e otimização. f)Possibilidade de manutenção de um órgão de alta categoria, em conjunto de rateio de despesas, e conseqüentemente menor incidência sobre os custos de cada sistema.

1.Linhas de Transmissão

São linhas que operam com as tensões mais elevadas do sistema, tendo como função principal o transporte de energia entre os centros de produção e centros de consumo, como também a interligação de centros de produção e mesmo sistemas independentes. Em geral, são terminadas em subestações abaixadoras regionais onde a tensão é reduzida a nível para o início da distribuição a granel pelas linhas de sub-transmissão. Em um mesmo sistema pode haver, e em geral há, linhas de transmissão em dois ou mais níveis de tensão.

2.Linhas de Sub-Transmissão

Normalmente operam em tensões inferiores àquelas dos sistemas de transmissão, não sendo no entanto incomum operarem com uma tensão também existente nestes. Sua função é a distribuição a granel da energia transportada pelas linhas de transmissão. Nascem nos barramentos das subestações abaixadoras locais. Das subestações regionais saem diversas linhas de sub-transmissão tomando rumos diversos. Em um sistema é possível também haver dois ou mais níveis de tensão de sub-transmissão, como ainda um sub-nível de sub-transmissão.

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3.Linhas de Distribuição Primária

São linhas de tensão suficientemente baixas para ocuparem vias públicas e suficientemente elevadas para assegurarem boa regulação, mesmo para potências razoáveis. Às vezes desempenham o papel de linhas de sub-transmissão em pontas de sistemas.

4.Linhas de Distribuição Secundárias

Operam com as tensões mais baixas do sistema e em geral seu comprimento não excede 200 a 300 metros. Sua tensão é apropriada para uso direto em máquinas, aparelhos e lâmpadas. No Brasil estão em uso sistemas de 220/127 v (fase-fase e fase-neutro) e 380/220 v, deriváveis de sistemas trifásicos com neutro, e o sistema 220/110 v derivável de sistema monofásico.

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230 KV200 MW 138 KV40 MW

13,8 KV

69KV - 10MW 69KV - 10MW

Transmissão Sub transmissão Sub transmissão

2.Geração de Energia Elétrica Fontes de Energia

De todas as diferentes formas de energia (as principais forças que a originam e as suas energias derivadas), a energia é geralmente classificada segundo as suas fontes. Utilizando a acepção mais comum – energia como capacidade de produzir trabalho – pode-se distinguir três grupos de fontes de energia, conforme tabela abaixo.

Fontes Geradoras de Energia

Convencionais Não Convencionais ou Alternativas Exóticas

Petróleo

Gás Natural

Carvão

Hidroeletricidade Biomassa

Marés Ventos Ondas Xisto

Geotérmica

Fissão nuclear

Solar (produção de calor e/ou eletricidade)

Energia solar (produzida no interior do Sol) Calor dos oceanos Fusão nuclear

Características das Principais Fontes Geradoras de Energia Fonte Obtenção Usos Vantagens Desvantagens

Petróleo

Matéria resultante de transformações químicas de fósseis animais e vegetais. Extraído em reservas marítimas ou continentais.

Produção de energia elétrica. Matéria-prima da gasolina e do diesel e de outros produtos como plástico, borracha sintética, ceras, tintas, gás e asfalto.

Domínio da tecnologia para exploração e refino.

Facilidade de transporte e distribuição.

É um recurso esgotável.

Libera dióxido de carbono na atmosfera, poluindo o ambiente e colaborando para o aumento da temperatura.

Gás Natural

Ocorre na natureza associado ou não ao petróleo. A pressão nas reservas impulsiona o gás para a superfície, onde é coletado em tubulações.

Aquecimento; combustível para geração de eletricidade, veículos, caldeiras e fornos; matéria-prima de derivados do petróleo.

Pode ser utilizado nas formas gasosa e líquida; existe um grande número de reservas.

É um recurso esgotável.. A construção de gasodutos e metaneiros (navios especiais) para o transporte e distribuição requer altos investimentos.

Influencia na formação de chuva ácida e na alteração climática.

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Fonte Obtenção Usos Vantagens Desvantagens

Nuclear

Reatores nucleares produzem energia térmica por fissão (quebra) de átomos de urânio. A energia produzida aciona um gerador elétrico.

Produção de energia elétrica. Fabricação de bombas atômicas.

As usinas podem ser instaladas em locais próximos aos centros de consumo. Não emite poluentes que influem sobre o efeito estufa.

Não há tecnologia para tratar o lixo nuclear. A construção dessas usinas é cara e demorada. Há riscos de contaminação nuclear.

Hidroeletricidade

A energia liberada pela queda de grande quantidade de água represada move uma turbina que aciona um gerador elétrico.

Produção de energia elétrica.

Não emite poluentes. A produção é controlada. Não influencia no efeito estufa.

Inundação de grandes áreas, deslocamento de populações. A construção dessas usinas também é cara e demorada.

Carvão mineral

Máteria que resulta das transformações químicas de grandes florestas soterradas. Extraído em minas subterrrâneas ou a céu descoberto em bacias sedimentares.

Produção de energia elétrica.

Aquecimento.

Matéria-prima de fertilizantes.

Domínio da tecnologia de aproveitamento. Facilidade de transporte e distribuição.

Influencia na formação da chuva ácida devido à liberação de poluentes como dióxido de carbono (CO2) e enxofre (SO2) e óxidos de nitrogênio durante a combustão.

Eólica

O movimento dos ventos é captado por hélices ligadas a uma turbina que aciona um gerador elétrico.

Produção de energia elétrica.

Movimentação de moinhos.

Grande potencial para geração de energia elétrica. Não influi no efeito estufa.

Não ocupa áreas de produção agrícola.

Exige investimentos para transmissão da energia gerada. Produz poluição sonora. Interfere nas transmissões de rádio e TV.

Solar

Lâminas ou painéis recobertos com material semicondutor capturam a luminosidade recebida do Sol para gerar corrente elétrica.

Produção de energia elétrica.. Aquecimento.

Não é poluente. Não influi no efeito estufa. Não precisa de turbinas ou geradores para a produção de energia elétrica.

Exige investimentos iniciais de relativa monta para o seu aproveitamento.

Biomassa

A matéria orgânica é decomposta em caldeiras ou em biodigestores. O processo gera gás e vapor que aciona uma turbina e move um gerador elétrico.

Aquecimento.

Produção de energia elétrica.. Produção de biogás ou gás natural (metano).

É fonte renovável. Sua ação sobre o efeito estufa pode ser equilibrada: o gás carbônico liberado durante a queima é absorvido no ciclo de produção.

Exige investimentos iniciais para o seu aproveitamento.

Base de dados: Almanaque Abril - CD Rom, 1999 Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 4

Uso das Fontes de Energia

Fonte Energética% do uso mundial % do uso no Brasil (2000) Problemas associados

Fóssil

Carvão Petróleo Gás natural

Poluição do solo e da água, pela mineração e processamento; poluição atmosférica pela emissão de gases e partículas na combustão.

Principais responsáveis pelo efeito estufa.

Nuclear 7,3 0,6

Alto risco de acidentes e sérios problemas com rejeitos.

Hidráulica 2,7 38,6

Grande impacto ambiental em função das alterações na paisagem e das grandes áreas alagadas.

Biomassa

Lenha

Desmatamento e monoculturas.

Tem a vantagem de anular o efeito estufa, já que o replantio da cultura utilizada significa crescimento da área verde.

Limpas permanentes

Solar Eólica

Geotérmica maremotriz

Ainda enfrenta desafios tecnológicos para o uso em grande escala.

A oferta depende de condições geográficas e a disponibilidade é variável.

Obs.: Não inclui outras fontes renováveis, além da hidráulica Balanço Energético Nacional - Ano 2.0

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2.1Energia Hídrica

Energia Hidrelétrica

É a energia proveniente do movimento das águas. Ela é produzida por meio do aproveitamento do potencial hidráulico existente num rio, utilizando desníveis naturais, como quedas de água, ou artificiais, produzidos pelo desvio do curso original do rio.

Origem

Normalmente constroem-se diques que represam o curso da água, acumulando-a num reservatório a que se chama barragem. Esse tipo de usina hidráulica é denominado Usina com Reservatório de Acumulação. Em outros casos, existem diques que não param o curso natural da água, mas a obrigam a passar pela turbina de forma a produzir eletricidade, denominando-se Usinas a Fio de Água.

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Quando se abrem as comportas da barragem, a água presa passa pelas lâminas da turbina fazendo-a girar. A partir do movimento de rotação da turbina o processo repete-se, ou seja, o gerador ligado à turbina transforma a energia mecânica em eletricidade.

A energia elétrica gerada é levada através de cabos ou barras condutoras dos terminais do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão (voltagem) elevada para adequada condução, através de linhas de transmissão, até os centros de consumo. Desta forma, através de transformadores abaixadores, a energia tem sua tensão levada a níveis adequados para o consumo.

Produção de Energia Hidrelétrica

•A água fica armazenada em um reservatório para ser usada nos períodos de estiagem. Quando o reservatório já está cheio, o excesso de água é jogada fora através do vertedouro ( perdendo assim acumulo de potência);

•A Turbina é movida por um Jato de água. Depois do uso, a água continua o seu percurso rio abaixo; •O gerador possui um eixo que é movido por uma turbina;

•A Energia Elétrica é produzida por um gerador, na casa de força.

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Vantagens e Desvantagens da Energia Hídrica Vantagens:

–Não emite poluentes; –A produção é controlada;

–Não influencia no efeito estufa.

Desvantagens: –Inundação de grandes áreas, deslocamento de populações;

–A construção dessas usinas também é cara e demorada.

Água e Meio Ambiente

As características físicas e geográficas do Brasil foram determinadas para implantação de um parque gerador de energia elétrica de base predominantemente hídrica.

O Brasil é um país privilegiado em recursos hídricos, e altamente dependente da energia hídrica, cerca de 95% da energia elétrica brasileira provém de rios.

O Brasil detém 15% das reservas mundiais de água doce disponível, porém só utiliza um quarto de seu potencial. E para alcançar a totalidade do potencial hídrico, seria necessário explorar o potencial da Amazônia.

A energia de origem hídrica é hoje a segunda maior fonte de eletricidade no mundo. Construção de Reservatórios e seus Impactos

As principais bacias hidrográficas do Brasil foram reguladas pela construção de reservatório, os quais isoladamente ou em cascata, constituem um importante impacto qualitativo e quantitativo nos principais ecossistemas de águas interiores. Os reservatórios de grande porte ou pequeno porte são utilizados para inúmeras finalidades: hidroeletricidade, reserva de água para irrigação, reserva de água potável, produção de biomassa (cultivo de peixes e pesca intensiva), transporte (hidrovias) recreação e turismo.

Inicialmente, a construção de hidrelétricas e a reserva de água para diversos fins foi o principal propósito. Nos últimos vinte anos, os usos múltiplos desses sistemas

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Esta grande cadeia de reservatórios tem, portanto, um enorme significado econômico, ecológico, hidrológico e social; em muitas regiões do País esses ecossistemas foram utilizados como base para o desenvolvimento regional. Em alguns projetos houve planejamento inicial e uma preocupação com a inserção regional; em outros casos, este planejamento foi pouco desenvolvido. Entretanto, devido à pressões por usos múltiplos, estudos intensivos foram realizados com a finalidade de ampliar as informações existentes e promover uma base de dados adequada que sirva como plataforma para futuros desenvolvimentos.

Os impactos da construção de respresas são relativamente bem documentados para muitas bacias hidrográficas. Estes impactos estão relacionados ao tamanho, volume, tempo de retenção do reservatório, localização geográfica e localização no continuum do rio. Os principais impactos detectados são:

•inundação de áreas agricultáveis; •perda de vegetação e da fauna terrestres;

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