quinta-feira, 2 de dezembro de 2010

TRANSIMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA

Introdução:
O trabalho abaixo foi feito por um grupo de alunos do terceiro ano do ensino médio com o objetivo de aprender e ao mesmo tempo poder te ajudar e esclarecer algumas dúvidas sobre o tema citado. Juntos, com muito esforço e dedicação montamos em conjunto esse trabalho espero que vocês gostem. Esse trabalho contém as seguintes informações: o que ou o que são, Como funciona, processo de transmissões, Ilustrações, vídeos, curiosidades e muito mais.

Objetivos:
Fazer com que nós alunos venhamos conhecer sobre energia elétrica, na qual estamos acostumados a nos beneficiar com a presença do mesmo em nossa casa, rua, escola, igreja, no local de trabalho e em demais estabelecimentos a todo instante. Na utilização de computadores, rádios, geladeiras, microondas, ventilador dentre outros eletrodomésticos e principalmente no procedimento de simplesmente acender a lâmpada estamos usufruindo da energia elétrica que foi produzida, transmitida e distribuída até os domicílios. Além do mais, é de grande valia pensar em qual das formas de obtenção de energia seria mais viável para a conservação do solo, sem que levemos vantagens comprometendo o meio em que vivemos e que posteriormente serão de outros.

 
Usinas geradoras de energia elétrica
Sabemos que a energia elétrica utilizada em nossas casas, nas indústrias, etc. chega até nós por meio de uma corrente alternada.

Esta corrente é produzida nas grandes centrais elétricas por geradores. Estes geradores nada mais são do que dispositivos que transformam uma forma qualquer de energia em energia elétrica. Em uma usina hidrelétrica, por exemplo, a energia mecânica da queda d água é usada para colocar o gerador em rotação e, portanto, nestas usinas, temos a transformação de energia mecânica em energia elétrica.

Nas usinas termelétricas, o gerador é acionado pelo vapor d água que sai de uma caldeira aquecida. Para aquecer esta caldeira, utiliza-se o calor desenvolvido na combustão de óleo ou carvão e, assim, nestas usinas temos a transformação da energia térmica em energia elétrica. As usinas nucleares funcionam da mesma maneira que uma usina termelétrica, com a única diferença que o calor utilizado para produzir o vapor que aciona o gerador é obtido por meio de reações nucleares que se desenvolvem em um reator atômico. Portanto, nestas usinas, temos a transformação de energia nuclear em energia elétrica.

Por que a Transmissão de Energia Elétrica é feita com Alta Voltagem
Qualquer que seja o tipo de usina escolhido para produção de energia elétrica, em qualquer parte do mundo, ela sempre será construída, como dissemos, para gerar corrente alternada. Procuraremos mostrar, a seguir, o motivo desta escolha, isto é, porque não se usa a corrente contínua para distribuir a energia elétrica produzida nas grandes usinas de qualquer país.

 O motivo preponderante desta escolha está relacionado com as perdas de energia, por efeito Joule, que ocorrem nos fios usados para transportar a corrente elétrica a longas distâncias.
Para analisar este fato, consideramos a fig. 25-34, na qual vemos um gerador produzindo energia elétrica, que é transportada pelos fios AC e BD, para ser utilizada na rede elétrica de uma residência. Sendo Vab a voltagem entre os pólos do gerador e i a corrente nos fios, a potência fornecida pelo gerador é P1 = i Vab.


Mas, sendo r a resistência total dos fios transportadores, a potência desenvolvida nestes fios sob a forma de calor (efeito Joule) será P2 = ri2. Assim, a potência P, que é recebida na residência, será:
 
 
P = P1 - P2 ou P = iV ab - ri2

 
É evidente que a perda por efeito Joule (P2 = ri2) nos fios deve ser a menor possível. Para isto, deveríamos procurar diminuir os valores de r e i. O valor de r só pode ser diminuído se for aumentada a área de secção reta dos fios, isto é, usando-se fios mais grossos. Entretanto, existe um limite para este procedimento, pois cabos muito grossos, além de terem custo elevado, tornariam a rede de transmissão extremamente pesada. Assim, a solução mais adequada é procurar reduzir o valor da corrente i a ser transmitida.
Concluímos assim que, para reduzir as perdas por aquecimento nos fios transportadores, a energia elétrica deve ser transmitida com baixa corrente e alta voltagem. Esta é exatamente a solução adotada pelos engenheiros eletricistas ao projetarem as linhas de transmissão. O valor da alta voltagem usada em cada caso depende da potência a ser transmitida e da distância entre a usina e o local de consumo. Assim, são usadas voltagens de 100.000 V, 250.000 V, 480.000 V etc. e, atualmente, já são projetadas transmissões com até 1.000.000 V. Não é possível, entretanto, elevar indefinidamente o valor destas altas voltagens porque acima de certos valores o ar em volta do fio torna-se condutor, permitindo o escoamento de eletricidade, o que constituiria outra forma de perda de potência.

A Voltagem Alterada pode ser facilmente Elevada ou Reduzida
As altas voltagens necessárias para a transmissão da energia elétrica não podem ser fornecidas diretamente por um gerador, seja ele de corrente alternada, seja de corrente contínua. De fato os maiores geradores existentes nas grandes usinas fornecem voltagens situadas apenas em torno de 10.000 V. Então se torna necessário, para a transmissão, elevar consideravelmente os valores das voltagens fornecidas pelos . geradores.Se o gerador fosse de corrente contínua, não haveria condições de resolver este problema, pois, conforme estudamos, um elevador de voltagem, isto é, um transformador, não funciona com corrente contínua. Por outro lado, se o gerador for de corrente alternada, será relativamente fácil elevar a voltagem produzida usando-se aquele aparelho. Além disso, devemos nos lembrar que, ao chegar ao centro de consumo, a alta voltagem deverá ser reduzida antes de ser distribuída. Evidentemente, seria fora de propósito um consumidor receber em sua casa voltagens de valores tão elevados como aqueles usados na transmissão.
Como o uso de corrente alternada, este problema também é facilmente resolvido usando-se novamente um transformador, agora para reduzir os valores da alta voltagem. Esta facilidade que é encontrada para elevar ou reduzir uma voltagem alternada é o fator preponderante que levou os engenheiros a darem preferência aos sistemas de produção, transmissão e distribuição de energia elétrica por meio de corrente alternada.

Se o gerador fosse de corrente contínua, não haveria condições de resolver este problema, pois, conforme estudamos, um elevador de voltagem, isto é, um transformador, não funciona com corrente contínua. Por outro lado, se o gerador for de corrente alternada, será relativamente fácil elevar a voltagem produzida usando-se aquele aparelho. Além disso, devemos nos lembrar que, ao chegar ao centro de consumo, a alta voltagem deverá ser reduzida antes de ser distribuída. Evidentemente, seria fora de propósito um consumidor receber em sua casa voltagens de valores tão elevados como aqueles usados na transmissão.
Como o uso de corrente alternada, este problema também é facilmente resolvido usando-se novamente um transformador, agora para reduzir os valores da alta voltagem. Esta facilidade que é encontrada para elevar ou reduzir uma voltagem alternada é o fator preponderante que levou os engenheiros a darem preferência aos sistemas de produção, transmissão e distribuição de energia elétrica por meio de corrente alternada.

A Utilidade do Transformador na Transmissão da Energia Elétrica
Vendo a figura apresentada, vemos um esquema de distribuição de energia elétrica, mostrando as sucessivas transformações de voltagem que ocorrem desde a geração na usina até sua utilização pelo consumidor.
Observe que logo após a voltagem alternada ser produzida em um gerador (com cerca de 10.000 V), o seu valor é elevado (para 300.000 V, por exemplo) por meio de transformadores existentes na subestação próxima à usina. Com esta alta voltagem, a energia elétrica é transportada a longas distâncias até chegar ao centro consumidor (uma cidade, por exemplo), nas proximidades do qual se localiza outra subestação. Neste local. Os transformadores reduzem a voltagem para os valores (cerca de 13.000 V) com inda mais os quais ela é distribuída aos consumidores industriais e pelas ruas da cidade. Finalmente, nas proximidades das residências existem transformadores (nos postes da rua) que reduzem A voltagem (para 110 V ou 22 V), de modo que ela possa ser utilizada, sem riscos, pelo consumidor residencial. Linhas de Transmissão com Corrente Contínua

Nos últimos tempos, alguma novidade tem surgido relacionada com a transmissão de energia elétrica a longas distâncias. Os engenheiros e técnicos tem constatado que, para transmissão a distâncias superiores a cerca de 500 km, a corrente contínua mostra-se mais vantajosa do que a corrente alternada. Isto ocorre principalmente pelos motivos que analisaremos a seguir.

Sabe-se que o método mais adequado para transmitir corrente alternada é o sistema denominado trifásico, que utiliza três cabos ligando os dois pontos de transmissão (observe o sistema de alta voltagem nos postes de rua, que é exatamente deste tipo, utilizando três fios). Por outro lado, um sistema de transmissão com corrente contínua seria apenas 2/3 daquele que se tem em uma linha de corrente alternada. Além disso, pode-se mostrar que, para se obter a mesma perda por efeito Joule, os cabos em corrente alternada teriam que ser mais grossos do que em corrente contínua.
Verifica-se que, apesar destas vantagens, a corrente contínua apresenta alguns inconvenientes, pois sua voltagem não pode ser transformada facilmente, como já sabemos. Assim, para transmissão em corrente contínua, os geradores devem ainda ser de voltagem alternada, e só depois que esta voltagem é aumentada por meio dos transformadores é que ela é retificada para ser transmitida. Ao chegar ao local de consumo, a corrente contínua deve ser transformada novamente em corrente alternada para que sua voltagem possa ser reduzida antes de ser distribuída. É claro que todas estas transmissões a longas distâncias as economias feitas com os cabos poderão compensar estes custos. Em países de grandes dimensões, como a União Soviética, os Estados Unidos e o Brasil, essas condições são fáceis de ocorrer e, por isso mesmo, o sistema de transmissão com corrente contínua já se encontra em implantação nestes países.

                                  PROCESSO DE TRANSMISSÃO

Transmissão de energia elétrica é o processo de transportar energia entre dois pontos. O transporte é realizado por linhas de transmissão de alta potência, geralmente usando corrente alternada, que de uma forma mais simples conecta uma usina ao consumidor.

Introdução

A transmissão de energia é dividida em duas faixas: a transmissão propriamente dita, para potências mais elevadas e ligando grandes centros, e a distribuição, usada dentro de centros urbanos, por exemplo.
Cada linha de transmissão possui um nível de tensão nominal, aonde encontramos linhas de até 750 kV, com diversos estudos e protótipos em 1 a 1,2 MV. As linhas de distribuição são usualmente na faixa de 13,8 kV. Para a conversão entre níveis de tensão, são usados transformadores.
Em sistemas de grande porte, é usual a interligação redundante entre sistemas, formando uma rede. O número de interligações aumenta a confiabilidade do sistema, porém aumentando a complexidade. A interligação pode tanto contribuir para o suprimento de energia quanto para a propagação de falhas do sistema: um problema que ocorra em um ponto da rede pode afundar a tensão nos pontos a sua volta e acelerar os geradores, sendo necessário o desligamento de vários pontos, incluindo centro consumidores, havendo o aparecimento de apagões ou blecautes.

Componentes de um sistema de transmissão

Torres

Para linhas aéreas, é necessário erguer os cabos a uma distância segura do solo, de forma a evitar contato elétrico com pessoas, vegetação e veículos que eventualmente atravessem a região. As torres devem suportar os cabos em condições extremas, determinadas basicamente pelo tipo de cabo, regime de ventos da região, terremotos, entre outros eventos.

Isoladores

Os cabos devem ser suportados pelas torres através de isoladores, evitando a dissipação da energia através da estrutura. Estes suportes devem garantir a rigidez dielétrica e suportar o peso dos cabos. Em geral são constituídos de cerâmica, vidro ou polímeros.

Transmissão em corrente alternada

O uso de corrente alternada para transmissão de energia tornou-se evidente pela capacidade dos transformadores elevarem a tensão e reduzir a corrente eléctrica, reduzindo ao quadrado as perdas na linha pelo Efeito Joule:
Sendo P a perda de potência, R a resistência equivalente da linha e I a corrente.

Limites da transmissão

Torres

O projecto das torres deve ser optimizado para tornar o custo viável, não deixando de suportar os cabos em qualquer condição de vento, temperatura, e quando aplicável, na formação de gelo.
As torres são usualmente construídas em aço, com algumas alternativas em madeira e concreto para tensões de até 138 kV, e com estudos na utilização de alumínio e outras ligas.
Um problema de difícil solução no projecto de torres são os casos de vandalismo e furto.

Ampacidade

Trata-se da capacidade máxima de corrente eléctrica nos condutores. Conforme a corrente aumenta, a temperatura eleva-se e os condutores se dilatam, aumentando a flecha e diminuindo a distância do centro do vão para o solo. Esta distância deve ser tal para evitar contactos com o solo ou outros elementos, como animais e pessoas.
Eventualmente a linha pode operar em regime de emergência, com sobrecarga, o que é previsto em projecto mas não deve ser utilizado com frequência. Os limites de operação normal e de emergência variam para cada país.
O aumento da temperatura nos condutores eleva a resistência, no qual altera a própria corrente. O vento em contacto com o condutor é um elemento relevante no resfriamento, além da convecção. A radiação solar também influencia na elevação da temperatura do condutor.

Potência natural

Para linhas longas, usualmente de extra-alta tensão, o limite de transmissão, sem o uso de equipamentos adicionais, tende para a potência natural, ou potência característica da linha. Este valor equivale a uma absorção total da energia por uma carga com factor de potência unitário que esteja demandando esta potência. Neste regime toda a energia reactiva gerada pela linha é consumida pela própria[1]. É determinado pela equação:


No qual V é a tensão entre fases e Zc é a impedância de surto da linha, aproximadamente:
Sendo L e C a indutância e capacitância equivalente, respectivamente, por unidade de comprimento.
A forma intuitiva de aumentar a capacidade de transmissão é elevar a tensão nominal da linha. Obviamente isto implica limites operacionais dos equipamentos.
Outra maneira tradicional de aumentar a capacidade de transmissão é compensando a linha, anulando desta forma, parcialmente, os valores de capacitância e indutância da linha.
Os valores de indutância e capacitância são basicamente determinados pela posição dos cabos de fase. Quanto maior a capacitância, ou menor a indutância, menor a impedância de surto e maior a potência característica. Uma linha pode ter sua potência natural elevada, optimizando desta forma sua capacidade de transmissão para longas distâncias.

Efeito corona

Para linhas de extra-alta tensão (acima de 345 kV), o principal limitante é o efeito corona (ou coroa em Portugal). O campo eléctrico na superfície dos condutores atinge um limiar no qual o dieléctrico do ar rompe-se, criando assim pequenas descargas em torno do condutor, similar a uma coroa.
Este efeito é muito interessante visualmente, mas provoca perdas eléctricas no sistema e interferência em rádio e TV em localidades próximas. O efeito corona/ coroa torna-se mais intenso na ocorrência de chuva, no qual as gotas nos cabos provocam uma concentração do campo eléctrico, e elevando o nível de perdas e interferência. Outro factor que favorece a ocorrência desse efeito são as condições físicas da superfície do cabo. Se este for arranhado, sujo ou sofre algum processo que torne sua superfície mais rugosa (isso pode ocorrer especialmente no lançamento dos cabos se a equipe não tomar cuidado. Por exemplo, deixar acidentalmente o cabo arrastar no solo) pode facilitar a ocorrência do efeito. Normas específicas, como a NBR 5422 no Brasil, impõe um limite de interferência provocado pelas linhas de transmissão, geralmente especificado para clima ameno.
Na ocorrência de sobretensões na linha, o efeito corona é um meio importante de amortecer tais falhas, agindo como um "escape" desta energia excedente.
Uma linha de extra-alta tensão projectada de forma optimizada possui os campos superficiais nos condutores próximos do limite.

Campos eletromagnéticos

A linha irradia campos eletromagnéticos na sua vizinhança, podendo causar interferências e problemas de saúde. Uma publicação do INCIRP define como limites para frequência industrial (50 ou 60 Hz) os valores de 10 e 8,33 kV/m, respectivamente. Os limites para campo magnético, em 50 e 60 Hz, são de 500 e 420 microteslas, respectivamente.

Compensação de linhas

Para linhas com grandes comprimentos, acima de 400 km, é necessário o uso de equipamentos de compensação, tais como reactores em paralelo e capacitores em série, para aumentar a capacidade da linha.
Os reactores em paralelo (também chamados de reatores shunt) anulam parcialmente o efeito capacitativo da linha, minimizando o Efeito Ferranti, que ocorre quando a linha opera em carga leve. Estes reactores geralmente não são manobráveis, o que pode ser indesejável quando a linha estiver em sobrecarga. A manobra convencional de um reactor pode levar a sobretensões indesejáveis, e é evitada na medida do possível. O uso de reactores controláveis permite uma maior flexibilidade, mas acrescenta uma maior complexidade e custo no sistema de transmissão.
O projecto de uma linha envolve limites físicos importantes:

Transmissão em corrente contínua

Nas últimas décadas mostrou-se a possibilidade de uso de corrente contínua em alta tensão (CCAT, em inglês HVDC), para a transmissão de grandes blocos de energia. A conversão entre corrente alternada e corrente continua é realizada através de rectificados utilizando tiristores de alta tensão.
O uso do CCAT provem uma série de vantagens, tais como o desacoplamento entre sistemas e a economia de cabos, usando de estruturas mais leves.
A transmissão em corrente contínua pode ser realizada de forma unipolar (um condutor, com retorno pelo terra) ou bipolar (dois condutores, de polaridades positiva e negativa).] Linhas de transmissão subterrâneas
Uma solução para os grandes centros urbanos é o uso de linhas subterrâneas. A principal dificuldade é na isolação e blindagem dos condutores, de forma a acomodarem-se nos espaços reduzidos, ao contrário das linhas aéreas que utilizam cabos nus, utilizando-se do ar como isolante natural.
O uso de condutores isolados também dificulta a dissipação de calor, reduzindo consideravelmente a ampacidade da linha.

Linhas de transmissão submarinas

A travessia de rios e canais por linhas aéreas demanda um projeto especial, por quase sempre haver a necessidade de transpor um vão muito grande. Neste caso, a catenária formada pelos cabos será imensa, necessitando o uso de cabos com liga especial e torres gigantescas.
O uso de linhas submarinas evita o uso destas estruturas, reduzindo a poluição visual e evitando problemas em locais com travessias de navios. A linha submarina tem a limitação de possuir uma grande capacitância, reduzindo o seu alcance prático para aplicações em corrente alternada, facto no qual é preferível o uso de linhas em corrente contínua.

Proteção

Diversos problemas assolam a integridade de uma rede de transmissão, tais como:
  • Sobretensões devido a descargas atmosféricas;
  • Sobretensões devido a manobras;
  • Ventania, furacões, geada e outras condições climáticas extremas;
  • Poluição;
  • Vandalismo;
  • Eletrocorrosão.
Alguns destes problemas são transitórios, desaparecendo após o desligamento da linha. Outros acarretam danos permanentes, como queda de torres.
Defeitos de origem eléctrica podem ser minimizados a partir de sistemas de protecção:
  • Cabos pára-raios,
  • Pára-raios (supressores de surto),
  • Pára-raios de linha,
  • Procedimentos coordenados de manobra,
  • Aterramento adequado,
  • Proteção catódica.

Sistemas flexíveis

A eletrônica de potência também é usada em linhas de corrente alternada, através por exemplo de capacitores chaveados por tiristores, realizando desta forma um controle no fluxo de carga da linha. Estes são denominados FACTS (Flexible AC Transmission System).
Outra forma de controle do fluxo de carga é a utilização de transformadores defasadores.

O QUE SÃO TRASFORMADORES  
                                                                                                                                                                    
Um transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito a outro, transformando tensões, correntes e ou de modificar os valores das Impedância elétrica de um circuito elétrico. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada
Baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz.
O transformador consiste de duas ou mais bobinas ou enrolamentos e um "caminho", ou circuito magnético, que "acopla" essas bobinas. Há uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito, mas todos operam sobre o mesmo princípio de indução.

FUNCIONAMENTO
Princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética: quando um circuito é submetido a um campo magnético variável, aparece nele uma corrente elétrica cuja intensidade é proporcional às variações do fluxo magnético.
Os transformadores, na sua forma mais simples,, consistem de dois enrolamentos de fio (o primário e o secundário), que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo). Quando uma corrente alternada é aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento (número de voltas do fio em torno do braço metálico). Através do metal, o fluxo magnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo, em grande parte, e chega ao enrolamento secundário com um mínimo de perdas. Ocorre, então, a indução eletromagnética: no secundário surge uma corrente elétrica, que varia de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os números de espiras dos dois enrolamentos.
FABRICAÇÃO
O princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética: quando um circuito é submetido a um campo magnético variável, aparece nele uma corrente elétrica cuja intensidade é proporcional às armações do fluxo magnético. Os transformadores, na sua forma mais simples, consistem de dois enrolamentos de fio (o primário e o secundário), que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo). Uma corrente alternada aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento (número de voltas do fio em torno do braço metálico). Através do metal, o fluxo magnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo, em grande parte, e chega ao enrolamento secundário com um mínimo de perdas. Ocorre, então, a indução eletromagnética: no secundário surge uma corrente elétrica, que varia de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os números de espiras dos dois enrolamentos.
fio neutro e fase
no secundário (VS) por VP/VS = Np/Ns, e as correntes por IP/Is = A relação entre as voltagens no primário e no secundário, bem como entre as correntes nesses enrolamentos, pode ser facilmente obtida: se o primário tem Np espiras e o secundário Ns, a voltagem no primário VP) (está relacionada à voltagem Ns/Np. Desse modo um transformador ideal (que não dissipa energia), com cem espiras no primário e cinqüenta no secundário, percorrido por uma corrente de um ampère, sob 110 volts, fornece no secundário, uma corrente de dois ampères
fio neutro e fio fase
A rede elétrica é formada por dois fios, uma chamada fase e outro chamado neutro. O fio neutro possui potencial zero e o fio fase é por onde a tensão elétrica é transmitida. Como haverá diferença de potencial entre a fase e o neutro, haverá tensão elétrica. Na rede elétrica a tensão é alternada, já que potencial elétrico do fio fase é uma forma de onda senoidal, isto é, varia ao longo do tempo.
A fase é um sinal que contém zero volt absoluto. Ele é usado para igualar o potencial elétrico entre equipamentos elétricos. Normalmente a fase é ligada à carcaça metálica do equipamento. Em equipamentos onde o gabinete seja plástico, a fase é ligada à carcaça metálica existente no interior do equipamento.
Você deve estar se perguntando qual é a diferença entre a fase e o neutro, já que ambos possuem potencial zero.
Acontece que o fio neutro pode ficar "sujo” Apresentado pelos equipamentos elétrico presentes na sua casa ou trabalho. Por exemplo, ele vem da rua com potencial zero, mas, devido aos equipamentos que existem em sua casa, houve uma fuga (que é normal) e o neutro passou a ter um potencial ligeiramente maior, digamos seis v. Se comparado com o fio fase, então, a diferença de potencial baixou, nesse caso, seis V. Mas, como os equipamentos elétricos normalmente possuem uma tolerância alta, essa queda na tensão não alterará funcionamento deles (a tensão baixou de 127 V para 121 V nesse exemplo, o que fará com que os equipamentos continuem funcionando normalmente).
A fase apresenta, portanto, um potencial de zero volt absoluto. Isso é conseguido através da instalação de uma barra de ferro no solo (e daí o nome "terra"). Como a terra é uma fonte inesgotável de elétrons, o seu potencial é inalterável. Caso algum equipamento tente "sujar" a terra (como ocorre com o neutro), o excesso de tensão é encaminhado para a terra, mantendo o potencial elétrico sempre em zero.
A questão é que o fio terra só faz sentido quando estamos operando com equipamentos elétricos que irão ser interligados entre si e onde não pode haver diferença de potencial entre eles. Para um ferro de passar roupas, para um liquidificador e para uma lâmpada, o uso do fio terra não faz o menor sentido, já que eles não precisam de uma referência do zero volt absoluto, pois a tolerância desses equipamentos permite a eles operarem corretamente mesmo quando o fio neutro está "sujo".
Voltagem de pico e voltagem eficaz
Por esse motivo é que nas instalações elétricas residenciais só há, na maioria das vezes, os fios fase e neutro, já que se assume que você não terá em casa equipamentos elétrico que necessitem de aterramento.
Portanto, a voltagem que recebemos em nossas residências, proveniente do transformador de
Entretanto, voltagem de PICO E EFICAZ normalmente nos,
Portanto, a voltagem que recebemos em nossas residências, proveniente do transformador de rua, é uma voltagem alternada, isto é, o seu sentido é invertido periodicamente, como mostra o gráfico a seguir. Como já dissemos, estas inversões de sentido são muito rápidas, pois sua freqüência é de 60 hertz, isto é, a voltagem muda de sentido 120 vezes por segundo.
Vemos pelo gráfico, que a voltagem não é constante, como acontece com uma corrente contínua. O seu valor varia rapidamente: passa por um valor máximo, descrevi, chega à zero, inverte de sentido, atinge um valor igual ao valor máximo, porém sem sentido contrário, torna a se anular e assim sucessivamente.
O valor máximo atingido pela voltagem alternada é denominado valor de pico e, para o caso mostrado na fig. 25-36, este valor é de 154 V.Entretanto, quando fornecemos o valor de uma voltagem alternada, estamos normalmente nos referindo não à voltagem de pico, mas a uma quantidade denominada valor eficaz da voltagem. Este valor eficaz seria o valor de uma voltagem constante (contínua) que dissipasse, durante o tempo de um período, em que uma resistência R, a mesma energia térmica que é dissipada em R pela voltagem alternada, durante o mesmo intervalo de tempo. Pode-se mostrar que entre a voltagem eficaz e a voltagem de pico existe a seguinte relação:

Entretanto, quando fornecemos o valor de uma voltagem alternada, estamos normalmente nos referindo não à voltagem de pico, mas a uma quantidade denominada valor eficaz da voltagem. Este valor eficaz seria o valor de uma voltagem constante (contínua) que dissipasse, durante o tempo de um período, em que uma resistência R, a mesma energia térmica que é dissipada em R pela voltagem alternada, durante o mesmo intervalo de tempo. Pode-se mostrar que entre a voltagem eficaz e a voltagem de pico existe a seguinte relação:
Então, para o caso da fig. 25-36, o valor da voltagem eficaz é:

EFEITO JOULE
A libertação de energia, como calor, num condutor metálico, devido à passagem da corrente elétrica, designa-se por efeito térmico da corrente elétrica. Este efeito é também designado por efeito Joule em homenagem ao físico inglês James Prescott Joule que o estudou pela primeira vez.
São muitas as situações do nosso dia-a-dia que põem à prova o efeito térmico. Alguns condutores, quando ligados à corrente elétrica, atingem temperaturas bastante elevadas, cedendo calor ao exterior, calor esse que é utilizado, por exemplo, nos aquecedores elétricos de resistência, na torradeira elétrica e nos ferros elétricos de engomar.
Todos estes aparelhos possuem resistências elevadas, com a finalidade de tirar partido do efeito térmico da corrente elétrica. Pode-se então ter energia térmica útil.
Contudo, todo o aparelho elétrico, quer tenham sido desenvolvidos com o objetivo anterior quer não, acabam por aquecer um pouco, ao fim de certo intervalo de tempo. Nestes casos, a energia calorífica desenvolvida é dissipada. Logo, por efeito térmico também se pode ter energia térmica dissipada.
Joule concluiu experimentalmente que a energia térmica dissipada num condutor, quando percorrido por uma corrente elétrica, é diretamente proporcional à resistência do condutor, ao quadrado da intensidade da corrente e ao tempo durante o qual passa essa corrente. A expressão matemática que traduz este efeito é:
E = R x I2 x DT.
O efeito Joule também
m é conhecido por lei


efeito corona



introduçãoPara linhas de extra-alta tensão (acima de 345 kV), o principal limitante é o efeito corona (ou coroa em Portugal). O campo eléctrico na superfície dos condutores atinge um limiar no qual o dieléctrico do ar rompe-se, criando assim pequenas descargas em torno do condutor, similar a uma coroa.
Este efeito é muito interessante visualmente, mas provoca perdas eléctricas no sistema e interferência em rádio e TV em localidades próximas. O efeito corona/ coroa torna-se mais intenso na ocorrência de chuva, no qual as gotas nos cabos provocam uma concentração do campo eléctrico, e elevando o nível de perdas e interferência. Outro factor que favorece a ocorrência desse efeito são as condições físicas da superfície do cabo. Se este for arranhado, sujo ou sofre algum processo que torne sua superfície mais rugosa (isso pode ocorrer especialmente no lançamento dos cabos se a equipe não tomar cuidado. Por exemplo, deixar acidentalmente o cabo arrastar no solo) pode facilitar a ocorrência do efeito. Normas específicas, como a NBR 5422 no Brasil, impõe um limite de interferência provocado pelas linhas de transmissão, geralmente especificado para clima ameno.
Na ocorrência de sobretensões na linha, o efeito corona é um meio importante de amortecer tais falhas, agindo como um "escape" desta energia excedente.
Uma linha de extra-alta tensão projectada de forma optimizada possui os campos superficiais nos condutores próximos do limite.

Uma descarga de corona é formada pela emissão de elétrons por eletrodos de alta tensão, no qual chocam-se com átomos do dielétrico adjacente ao eletrodo. O choque provoca a liberação de novos elétrons, formando um processo chamado de avalanche de Townsend.
Em objetos eletricamente carregados com superfície pontudas, ou com raio de curvatura relativamente muito baixo, como por exemplo fios ou cabos, ou possuindo irregularidades, ocorrerá uma concentração de campo elétrico nesta região. Quando este campo (ou gradiente do potencial elétrico) é grande o suficiente, e seja este objeto imerso em um fluido, na região imediatamente próxima à ponta ocorrerá uma ionização do fluido, tornando-o condutivo.
Se a geometria e gradiente são tais que a região ionizada continua a crescer ao invés de para a um certo raio, uma circuito condutivo completo ira se formar, resultado em uma fagulha momentânea, ou em um arco continuo.
A descarga de corona ocorre somente entre dois eletrodos assimétricos; um altamente curvado (tal como buraco de uma agulha, ou furo de pequeno diâmetro) e uma superfície suave tal como um prato, ou o solo. A superfície curvada assegura um grande potencial elétrico em torno do eletrodo, para a geração do plasma. Para configurações possuindo campos relativamente uniformes, ocorrerão outros fenômenos de descarga, como por exemplo as geradas por lâmpadas fluorescentes.
Coronas podem ser positivas ou negativas, conforme a polaridade do potencial elétrico no eletrodo altamente curvado. Se o eletrodo curvado é positivo em relação ao eletrodo plano dizemos ter uma corona positiva, se negativo tempo uma corona negativa. A física das coronas positivas e negativas são marcadamente diferentes. Esta assimetria é um resultado da grande diferença de massa entre os elétrons e íons carregados positivamente, sendo que somente os elétrons tem a capacidade de ter um grau significativo de colisão inelástica ionizante a temperatura e pressões comuns.
Uma importante razão para estudar coronas é a produção de ozônio ao redor de condutores que sofre processos de corona. Um corona negativa gera muito mais ozônio que uma positiva.
A formação de ozônio baixo na linha de transmissão (CC) é conseqüência da ionização do átomo de oxigênio nas gotículas da molécula da água (H2O) que passa a ser H2O3, (água ozonizada); o tri-atomo do oxigênio (ozônio) se desprende da molécula e passa a ser um átomo singelo conhecido como corona, (figura de coroa do tri átomo do oxigênio). Nos anos 1970, eram vendidos ozonizadores residenciais, onde o ozônio era consumido junto com a água potável para esterilização. Logo, descobriu-se que ozônio baixo combinado com nitrogênio (nox)é cancerígeno. Nos ozonizadores eram utilizadas fontes de CA de alta freqüência, os pequenos campos magnéticos ocasionados pela inversão de pólos na corrente (CA) aumentam o campo de ionização, fato este serem mais suscetíveis na linha CA.

Aplicações da descarga de corona

A descarga de corona tem inúmeras aplicações comerciais e industriais
Coronas podem ser usadas para gerar superfícies carregadas, as quais são usadas em copiadoras eletrostáticas (fotocópia). Elas também podem ser usadas para remover partículas do ar inicialmente carregando-o, e conduzindo o fluxo carregado através de um filtro de polaridade alternada, depositando-se as partículas carregadas em placas de polaridade oposta.
Os radicais livres e íons gerados nas reações de corona podem ser usados para remover do ar certos produtos tóxicos, através de reações químicas, e serem usados para produzir ozônio.

Problemas causados por descargas de corona

A corona pode gerar ruído audível e de radio freqüência, principalmente próximo a linhas de transmissão. Elas também representam uma perda de energia, e sua ação nas partículas da atmosfera, em associação a produção de ozônio e NOx, também podem ser prejudiciais a saúde humana onde as linhas de força passa através de áreas habitadas. Por isto, equipamentos de transmissão de energia são projetados para minimizar a formação de descarga de corona.
A descarga de corona é geralmente indesejável em:
  • Linhas de transmissão de energia elétrica, devido a perda de energia no efeito corona e barulho;
  • Em dentro de componentes elétricos tais como transformadores, capacitores, motores elétricos e geradores. Corona progressivamente danifica o isolamento interno destes mecanismos, levando a falha prematura dos equipamentos;
  • Situações nas quais aparecem tensões elevadas e a produção de ozônio deve ser evitada.

Mecanismo de descarga de corona

A descarga de corona da variedade positiva e negativa tem certos mecanismos em comum.
  1. Um átomo neutro ou molécula do meio, em uma região de forte campo elétrico (tais como a regiões de alto gradiente elétrico próximas a eletrodos curvados) é ionizada por um evento ambiental exógeno (por exemplo, como resultado de uma interação de um fóton), criando um íon positivo e um elétron livre;
  2. O campo elétrico então atua nestas partículas carregadas, separando-as, e previnindo sua recombinação, e também as acelerando, aumentando sua energia cinética;
  3. Como um resultado da energização dos elétrons (o quais tiveram aumentado a razão carga/massa como também acelerados a grandes velocidades, favorecendo a criação de par elétron/ion-positivo pela suas colisões com átomos neutros. Estes então são envolvidos no mesmo processo de separação criando uma avalanches.
  4. No processo que difere entre as coronas positivas e negativas, a energia deste processo de plasma é convertido em outras desassociações iniciais de elétron que iram semear futuras avalanches;
5-uma espécie de íon criada com esta série de avalanches é atraída para o eletrodo plano, completando o circuito, e sustentando o fluxo de corrente.

linha de transmissão
. Linha de transmissão, é um sistema usado para transmitir energia eletromagnética. Esta transmissão não é irradiada, é sim guiada de uma fonte geradora para uma carga consumidora, podendo ser uma guia de onda, um cabo coaxial ou fios paralelos ou torcidos.


Considerada como um equipamento do sistema elétrico, as Linhas de Alta Tensão, é constituído por linhas de condutores destinados ao transporte da energia elétrica desde a geração até a distribuição, geralmente transmitida em corrente alternada (60 Hz), e em tensões elevadas (
A contaminação e acúmulo de poeira nos isoladores podem causar curto circuito nas linhas.
2- Manutenções da mão desencapada em “linha viva” - o “homem de linha” é assentado na plataforma de trabalho que é unida aos tubos do patim da engrenagem de aterragem do helicóptero. A plataforma pode ser equipada com as três fontes de força diferentes para uma variedade de ferramentas de trabalho como compressor, gerador elétrico e bomba hidráulica.
3-Reparos e recolocação do espaçador - os reparos ou recolocação são eficazes e rápidos após as operações terem sido feitas via helicóptero.
4-Instalação de sinalizadores – a instalação de bolas marcadoras é realizada rapidamente e eficientemente usando mesmo procedimento da mão desencapada do helicóptero de manutenção.
5-Inspeção da resistência da junção de tensão (ohms) - envolve detectar voltagem e perdas de amperagem através da junção com o equipamento especializado, verificando a temperatura da linha, a corrente, e os ohms da resistência.

6- Manutenção em caixa de emenda do cabo OPGW.
7-Manutenção em cabos pára-raios e condutores.
A inspeção aérea de emergência é uma poderosa ferramenta a serviço das grandes companhias de energia, utilizada na localização das falhas transitória (ocasionadas por objetos levados pelo vento, galhos de árvores ou permanente (ruptura dos cabos, queda de torres etc.), detectada pelas proteções da linha tendo como vantagens: a rapidez na solução de problemas e a economia.
Autorizada a reprodução total ou parcial deste Artigo, desde que citada a fonte. Vedada a memorização e/ou recuperação total ou parcial, bem como a inclusão de trechos ou partes, em qualquer sistema de processamento de dados.

Transmissão em corrente contínua
Nas últimas décadas mostrou-se a possibilidade de uso de corrente contínua em alta tensão para a transmissão de grandes blocos de energia. A conversão entre corrente alternada e corrente continua é realizada através de rectificados utilizando tiristores de alta tensão.
O uso do CCAT provem uma série de vantagens, tais como o desacoplamento entre sistemas e a economia de cabos, usando de estruturas mais leves.
A transmissão em corrente contínua pode ser realizada de forma unipolar (um condutor, com retorno pelo terra) ou bipolar (dois condutores, de polaridades positiva e negativa).
Linhas de transmissão subterrâneas
Uma solução para os grandes centros urbanos é o uso de linhas subterrâneas. A principal dificuldade é na isolação e blindagem dos condutores, de forma a acomodarem-se nos espaços reduzidos, ao contrário das linhas aéreas que utilizam cabos nus, utilizando-se do ar como isolante natural.
O uso de condutores isolados também dificulta a dissipação de calor, reduzindo consideravelmente a ampacidade da linha.
Linhas de transmissão submarinas
A travessia de rios e canais por linhas aéreas demanda um projeto especial, por quase sempre haver a necessidade de transpor um vão muito grande. Neste caso, a catenária formada pelos cabos será imensa, necessitando o uso de cabos com liga especial e torres gigantescas.
O uso de linhas submarinas evita o uso destas estruturas, reduzindo a poluição visual e evitando problemas em locais com travessias de navios. A linha submarina tem a limitação de possuir uma grande capacitância, reduzindo o seu alcance prático para aplicações em corrente alternada, facto no qual é preferível o uso de linhas em corrente contínua.

Torres

Isoladores

Subestações



Subestação para transformação e transporte de energia elétrica do parque eólico da Serra do Barroso, Portugal
Subsestação de energia em Hermsdorf na Alemanha
 Torres de transmissões de energia elétrica




Integrantes do grupo: Caio Bruno, Francielle Paulina, Guilherme Augusto, Jussara Xavier, Kelly Lucia e Regina Camila.
Turma: 3M3
Professor: Geraldo Magella
Linha de transmissão, é um sistema usado para transmitir energia eletromagnética de transmissão, é um sistema usado para transmitir energia eletromagnética. Esta transmissão138 a 500 kV).
Estudos de parâmetros para cálculos da indutância, capacitância, velocidade de propagação, constante de fase, e outros, determinam a eficiência e a qualidade da energia transmitida pela linha.
Com base nos dados estatísticos e na análise do sistema, pode-se implantar um cronograma de manutenção, minimizando o efeito de uma manutenção emergencial.
Atualmente, pressões por alta produtividade e competitividade no mercado, as empresas preocupam-se cada vez mais, em satisfazer seus clientes da melhor maneira possível, eliminando falhas e possíveis interrupções, e controlando a qualidade da energia fornecida.
A atividade de manutenção em linhas de transmissão é regulamentada pela ONS, através de “Procedimentos de Rede” referentes ao “Acompanhamento da Manutenção dos Sistemas Elétricos”, que tem como objetivo a padronização das operações.
A regulamentação visa a proporcionar um serviço de fornecimento de energia elétrica em níveis e padrões de qualidade e confiabilidade requeridos pelos consumidores e aprovados
As inspeções ocorrem de duas formas, nas inspeções gerais, as verificações são feitas com os eletricistas indo a campo e detectando anomalias que são observadas a distância (a olho nu ou através de binóculos), sendo o registro feito em planilhas e relatórios de inspeção.
Nas inspeções específicas os trabalhadores sobem nas torres das linhas de transmissão e verificam o estado de cada componente a ser revisado.
Atualmente, utiliza-se a aero inspeção (inspeção com o uso de helicópteros), sendo este, um dos principais instrumentos de diagnóstico das linhas de transmissão em inspeções preventivas e situações emergenciais.
A inspeção conta ainda com a tecnologia do termo grafia computadorizado, que é feita por meio de um termo visor de raios infravermelhos acoplado ao helicóptero.
Esse equipamento permite que o operador faça a verificação da temperatura nos equipamentos da linha sem a necessidade de disponibilizá-la, reduzindo custos operacionais, as falhas por aquecimento de componentes, que ocasionam à fadiga e ruptura dos cabos das ·As principais atividades realizadas durante a inspeção nas linhas de transmissão são:
Inspeção termográfica dos cabos e junções, verificação do efeito corona nos cabos e isoladores, conferência para troca dos isoladores, conferência para a correção dos espaçadores, verificação do cabo OPGW, verificação dos cabos pára-raios.
Na manutenção das linhas de transmissão com utilização do helicóptero temos:
1-Lavagem do isolador - o sistema de lavagem do isolador é feito de modo muito eficiente, através de jatos de alta pressão de água, sendo direcionado para cada isolador, para um resultado eficaz da lavagem. 
Postado por às Nenhum comentário:
Assinar: Postagens (Atom)