Introdução

A energia elétrica que alimenta as indústrias,comércio e nossos lares é geradaprincipalmente em usinas hidrelétricas,onde a passagem da água por turbinasgeradoras transformam a energia mecânica,originada pela queda d’agua, em energia elétrica.No Brasil a GERAÇÃO de energia elétrica é 80% produzida a partir de hidrelétricas,11% por termoelétricas e o restante
por outros processos. A partir da usina a energia é transformada, em subestaçõeselétricas, e elevada a níveis de tensão (69/88/138/240/440 kV) e transportadaem corrente alternada (60 Hertz) através de cabos elétricos, até assubestações rebaixadoras, delimitando a fase de Transmissão.Já na fase de Distribuição (11,9 / 13,8 / 23 kV), nas proximidades dos centros
de consumo, a energia elétrica é tratada nas subestações, com seu nível detensão rebaixado e sua qualidade controlada, sendo transportada por redes elétricasaéreas ou subterrâneas, constituídas por estruturas (postes, torres, dutossubterrâneos e seus acessórios), cabos elétricos e transformadores para novos rebaixamentos (110 / 127 / 220 / 380 V), e finalmente entregue aos clientes industriais, comerciais, de serviços e residenciais em níveis de tensão variáveis, de acordo com a capacidade de consumo instalada de cada cliente.
Quando falamos em setor elétrico, referimo-nos normalmente ao Sistema Elétricode Potência (SEP), definido como o conjunto de todas as instalações e equipamentosdestinados à geração, transmissão e distribuição de energia elétricaaté a medição inclusive.
Com o objetivo de uniformizar o entendimento é importante informar que o SEP
trabalha com vários níveis de tensão, classificadas em alta e baixa tensão e
normalmente com corrente elétrica alternada (60 Hz).Conforme definição dada pela ABNT através das NBR (Normas Brasileiras Regulamentadoras), considera-se “baixa tensão”, a tensão superior a 50 volts em corrente alternada ou 120 volts em corrente contínua e igual ou inferior a 1000 volts em corrente alternada ou 1500 volts em corrente contínua, entre fases ou
entre fase e terra. Da mesma forma considera-se “alta tensão”, a tensão superior a 1000 volts em corrente alternada ou 1500 volts em corrente contínua, entre
fases ou entre fase e terra.

Usinas Geradoras de energia Elétrica

Usina Hidrelétrica

Usinas hidrelétricas devem ser construídas onde exista um grande potencial energético por meio de água fluvial. Regiões onde exista rios largos e com desníveis consideráveis são regiões promissoras para a instalação de uma usina hidrelétrica.

Geralmente onde regiões que atendem essas características são localizadas distantes dos centros consumidores de energia.

Para a construção de uma usina deste tipo, é necessário muito espaço físico. Além do espaço físico é preciso observar os impactos ambientas que a construção da mesma irá ocasionar, pois é necessária a instalação de um reservatório extenso de água. Essa construção desse reservatório e o funcionamento em si da própria usina pode causar os seguintes impactos ambientas:

- Inundações em áreas extensas de produção de alimentos e florestas;

- Alterações fortes no ambiente e com isso prejudicar a fauna e a flores da região. Como exemplo, podemos citar a interferência na migração e reprodução de peixes e devastação da mata ciliar;

- Alterar o funcionamento dos rios;

- Gerar resíduos nas atividades de manutenção dos equipamentos da usina;

Toda a construção e planejamento da usina devem ser feito em conjunto com engenheiros ambientais para não prejudicar a flora e a fauna local. Os prejuízos do mal planejamento podem ser não somente para o meio ambiente, mas como até mesmo, resíduos do ambiente atrapalhar o funcionamento das turbinas, comprometendo assim a geração da energia.

Para ocorrer a transformação da energia mecânica da água, que irá movimentar as turbinas, em energia elétrica é necessário existir um desnível hidráulico natural ou criado por uma barragem, para captação e condução da água à turbina, situada sempre em nível tão baixo quanto possível em relação a captação.

Uma usina hidrelétrica é composta de reservatório, da casa de força e da subestação elevadora. O reservatório é formado pelo represamento das águas do rio, por meio da construção de uma barragem.

Na barragem é construído o vertedor da usina, por onde sai o excesso de água do reservatório na época das chuvas. A casa de força é o local onde são instalados os equipamentos que vão produzir a energia. Na subestação elevadora são instalados os transformadores elevadores onde a energia elétrica tem suas características transformadas para melhor transportá-la através das linhas de transmissão. A produção de energia elétrica ocorre em várias etapas.

Primeiramente, capta-se água em um reservatório. Então, ela é conduzida sob pressão por tubulações forçadas até a casa de máquinas, onde estão instaladas as turbinas e os geradores. A turbina, sucessora das antigas rodas d água, é formada por um rotor ligado a um eixo. A pressão da água sobre as pás do rotor da turbina produz um movimento giratório do eixo da turbina, transformando a energia hidráulica em um trabalho mecânico, que por sua vez aciona o gerador. O gerador é um equipamento composto por um eletroímã e por um fio bobinado. O movimento do eixo da turbina produz um campo eletromagnético dentro do gerador, provocando o aparecimento de uma corrente elétrica.

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Hidrelétrica

Usina Hidrelétrica

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Usina solar

A transformação da energia solar em energia elétrica é com certeza a melhor opção de geração de energia no que diz respeito a impactos ambientais, pois esta não causa nenhum impacto ao meio ambiente. O potencial energético via raios solares, é também o mais abundante, pois o Sol irradia sobre a Terra anualmente algo equivalente a 10 mil vezes a energia consumida pela população mundial no mesmo período.

O aproveitamento da energia solar tem ocorrido em baixa escala, pois o custo de produção dos painéis é elevado. Futuramente, com o investimento adequado, as usinas solares poderão substituir outros tipos de usinas que causam um alto impacto ambiental.

A instalação deste tipo de usina normalmente é feita em regiões com baixa taxa de nebulosidade, onde na maior parte do ano, os dias são ensolarados. É interessante também fazer a instalações em regiões com baixa umidade relativa do ar e clima mais seco, pois assim, não há também um grande índice de pluviosidade, obtendo melhores resultados na geração.

A instalação consiste basicamente na instalação de painéis fotovoltaicos, por isso, regiões planas e elevadas são preferenciais.

Ironicamente, regiões onde possivelmente ocorreria um melhor aproveitamento da energia solar, que são as regiões próximas da linha do Equador, não há uma utilização abundante do potencial da energia solar. Isso ocorre, pois o custo dos painéis fotovoltaicos são muito caros, e as regiões localizadas nesta faixa do globo são, em sua grande maioria, regiões subdesenvolvidas, e não possuem condições de implantarem este tipo de estação geradora.

Existem dois tipos de usinas solares, as fotovoltaicas e as termosolares. A seguir, o funcionamento de cada uma delas:

Usina Solar Fotovoltaica:

Para ocorrer a transformação da energia solar em energia elétrica, é necessário a utilização de um equipamento chamado Painel Fotovoltaico. Os raios do sol, ao atingirem o este painel produzem eletricidade, sob a forma de corrente contínua, similar às das pilhas e baterias automotivas. Esta energia pode ser acumulada em baterias e utilizada à noite ou em longos períodos de mau tempo. Inversores são necessários para converter essa energia elétrica de corrente contínua em corrente alternada, possibilitando a utilização direta em uma residência.

Usina Solar I

solar

Usina Solar Termoelétrica:

O principio de funcionamento dessas usinas é o aquecimento de água a partir da reflexão da luz solar em canos ocos com fluidos circulando em seu interior, provocando o aquecimento da mesma. Baseia-se na utilização dos coletores de focalização central ou linear. Esses coletores são dispositivos com formato cilíndrico e superfície com seção parabólica. Têm por objetivo refletir sobre uma superfície tubular chamada absorvedor, situada ao longo da linha focal da parábola, toda a radiação solar incidente.

Essa radiação concentrada sobre o absorvedor provoca um grande aumento da temperatura em um fluido contido no interior desse tubo, sendo esse calor, então, usado em um ciclo termodinâmico para a

Este fluido é bombeado em um circuito fechado, e após ser aquecido pela radiação solar refletidas pelos espelhos, é direcionado a um trocador de calor no qual contém água. Após a troca de calor, o fluido térmico retorna

para o ciclo de aquecimento. Na troca de calor é gerado vapor e esse é responsável por movimentar uma turbina, que está acoplada no eixo de um gerador, responsável pela transformação da energia mecânica em elétrica.

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usina solar II

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Usina eólica

A instalação deste tipo de usina requer estudos específicos sobre as condições climáticas. É necessário todo um estudo sobre o deslocamento das massas de ar durante o ano devido ao posicionamento do sol, e estudos sobre o relevo e a interferência que o mesmo cause na freqüência, velocidade e direção dos ventos.

É importante que esses ventos não possuam variações bruscas em velocidade e freqüência para não danificar os equipamentos.

As regiões para realizar a instalação deste tipo de usina necessitam de muito espaço físico, e juntamente com a alta taxa de ruído produzida pelas hélices, fazem com que a instalação seja feita em regiões deslocadas dos centros consumidores.

Apesar de ser uma fonte de energia limpa, não é muito utilizada pois requer um investimento financeiro imenso, pois o custo de um captador de vento é gigantesco. Para efeitos de comparação, para gerar a mesma quantidade de energia que uma usina hidrelétrica, o custo é 65% maior para esta energia ser gerada em uma usina eólica.

Para ocorrer a geração de energia elétrica, é utilizado nessas usinas equipamentos que realizam a conversão da energia cinética dos ventos em energia elétrica. A incidência dos ventos nos rotores, ou hélices, provoca rotação nas pás do aerogerador, que converte a energia cinética dos ventos em potência mecânica rotacional no eixo do rotor. Essa potência mecânica é então transmitida ao gerador, que através de uma processo de conversão eletro-mecânica, produz uma potência elétrica de saída.

As pás dos aerogeradores são dispositivos aerodinâmicos com perfis especialmente desenvolvidos, e seu formato equivale às asas dos aviões, e que funcionam pelo princípio físico da sustentação.

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Usina eólica

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Usina Termoelétrica ou Termelétrica

Geralmente funciona com algum tipo de combustível fóssil como petróleo, gás natural ou carvão, por isso existe uma grande preocupação ambiental quando é instalada uma usina deste tipo. Dentre os problemas ambientais resultantes, podemos citar:

- Emissão de gases que contribuem para o efeito estufa, tais como o dióxido de carbono;

- No caso das usinas térmicas a carvão e óleo, também há emissão de óxidos de enxofre e nitrogênio, que se liberados na atmosfera podem ocasionar chuvas ácidas prejudiciais à agricultura e florestas.

- Geram resíduos nas atividades de manutenção de seus equipamentos.

- Poluição atmosférica em gerral, o que indiretamente gera chuva ácida, problemas respiratórios em seres vivos, entre outros.

É uma fonte nao renovável de energia, e muito cara, pois exige constante compra de matéria-prima (combustível) para realizar a transformação em energia elétrica.

Porém, há a vantagem de poder ser instalada próximo aos centros consumidores, pois não é necessário muito espaço físico e não há problemas de ruídos. Com isso, há uma economia no valor a ser gasto para realizar a transmissão da energia para o consumo, e a redução de até 16% nas perdas ao longo das linhas de transmissão, pelo caminho até o centro consumidor ser mais curto.

Geralmente funciona com algum tipo de combustível fóssil como petróleo, gás natural ou carvão, que é queimado na câmara de combustão juntamente com o ar que aumenta sua pressão, pressão esta aumentada através de um compressor axial anteposto a camara. Com grande pressão, temos maior temperatura. Essa união é transporata à turbina, sendo transformada em potência de eixo, realizando torque na turbina. Os gases provenientes da turbina, ou seja, os gases de exaustão, são direcionados a uma caldeira de recuperação de calor que pode ser aquatubular ou flamotubular.

Em se tratando da aquatubular: a água passa por dentro das serpentinas da caldeira. passando por vários estágios:

- Evaporador

- Economizador

- Superaquecedor

Em todos os estágios, há uma troca de calor com os gases de exaustão, criando assim uma grande massa de vapor que então será direcionada a uma turbina à aapor. Essa água pode provir de um rio, lago ou mar, dependendo da localização da usina.

O vapor movimentará as pás de uma turbina e cada turbina é conectada a um gerador de eletricidade. O vapor é resfriado em um condensador, a partir de um circuito de água de refrigeração, e não entra em contato direto com o vapor que será convertido outra vez em água, que volta aos tubos da caldeira, dando início a um novo ciclo.

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Usina Termoelétrica

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Usina Nuclear

Se caracterizam pelo uso de materiais radioactivos que através de uma reação nuclear produzem calor, que mais tarde será transformado em energia elétrica. O fato de utilizar materiais radioativos, e com isso, sinônimo de perigo para a saúde e constituição de todos os seres vivos, é necessário medidas de cautela.

É uma fonte de energia extremamente limpa, e ao contrário do que muitos pensam, é extremamente segura. Dentro de uma usina nuclear, há um rígido controle sobre este material radioativo, além de é claro, de equipamentos e técnologias muito avançadas para manter a segurança.

O único perigo que este tipo de usina representa é a falha durante alguma opreção, ou no controle das reações nucleares. Apesar de falhas serem extremamente raras, ao ocorrer, as consequências são desastrosas. Exemplos claros dos danos causados por radiação de vazamentos por falta de controle em estação geradora de energia nuclear, é o caso de Chernobyl.

As usinas nucleares podem ser instaladas próximo aos centros consumidores, e produzem uma grande quantidade de energia. Os resíduos produzidos devem ser isolados em barris de chumbo e concreto para não ocorrer vazamentos dos resíduos e da radiação.

Nas usinas nucleares, é utilizado o que chamamos de fissão nuclear para produzir energia térmica em elementos químicos, geralmente o urânio. O urânio usado em usinas nucleares não é o natural, sendo obtido a partir dele pelo processo de enriquecimento. Na natureza existem vários tipos de urânio, chamados isótopos, que diferem apenas pelo número de nêutrons existentes no núcleo. O urânio mais comum na natureza é o urânio-238. O processo de enriquecimento consiste em adicionar urânio-235, obtendo-se uma mistura dos dois isótopos, cuja proporção depende da aplicação.

Isto é feito porque o urânio-235 (U-235) é altamente fissionável, enquanto o urânio-238 (U-238) é bem mais estável, o que permite controlar a energia produzida na reação em cadeia através da proporção entre eles. Usinas nucleares usam uma proporção de 3% de U-235 e 97% de U-238.

O núcleo de um reator consiste de um conjunto de vários tubos longos com pastilhas de dióxido de urânio, substância que contém átomos de urânio. No urânio ocorre uma reação em cadeia causada pelas fissões do urânio-235 dentro dos reatores. O que acontece dentro dos reatores é o bombardeamento dos átomos de urânio com nêutrons, transformando assim o urânio-235 em urânio-236, que instável. Ele então divide-se, liberando energia, que é absorvida pelo material do reator na forma de calor.

A energia nuclear contida nos núcleos atômicos é transformada em energia térmica. Água é usada para refrigerar o reator nuclear que chegam a

320 ºC.

Como em qualquer usina termoelétrica, o calor é usado para vaporizar água. O vapor é forçado a passar pelas pás de uma turbina e a girá-la - a energia térmica é transformada em energia mecânica de rotação. O eixo da turbina comunica-se com um gerador, que transforma a energia mecânica em energia elétrica.

Usina Nuclear

Usina Geotérmica

O funcionamento de uma usina geotérmica consiste em injetar água até uma camada profunda da crosta terrestre, fazendo o líquido voltar aquecido em velocidade suficiente para mover turbinas. Também são aproveitados gêiseres naturais que brotam na superfície ou são feitas perfurações até as "caldeiras naturais" subterrâneas.

Há 3 tipos de fontes energéticas que podem ser aproveitadas por esse tipo de estação geradora. São elas:

- Rocha seca quente:

É quando são perfurados dois poços vizinhos de modo que eles alcancem uma camada de rocha quente. Em um dos poços é injetada água, ela se aquece na rocha e é expelida pelo outro poço, onde há uma usina geotérmica instalada

- Rocha úmida quente

Também é possível perfurar um poço para que ele alcance uma "caldeira" naturalmente formada, ou seja, um depósito de água aquecido pelo calor terrestre. A partir daí, energia elétrica é gerada como em todos os outros casos.

- Vapor seco

Em casos raríssimos pode ser encontrado o que os cientistas chamam de fonte de "vapor seco", em que a pressão é alta o suficiente para movimentar as turbinas da usina com excepcional força, sendo assim uma fonte eficiente na geração de eletricidade.

Em qualquer lugar do planeta, a superfície do oceano oscila entre pontos altos e baixo, chamados marés. Isso ocorre a cada 12h e 25min. As marés são originadas pela atração gravitacional exercida pela lua, por isso é denominado potencial energético gravitacional o potencial energético das ondas marítimicas. Essas marés representam uma tentadora fonte energética. Em conjunto, a temperatura dos oceanos, as ondas e as marés poderiam proporcionar muito mais energia do que a humanidade seria capaz de gastar, mas seria necessário um investimento tecnológico muito grande para tal.

A energia das marés é obtida de modo semelhante ao da energia hidrelétrica. Constrói-se uma barragem, formando-se um reservatório junto ao mar. Quando a maré é alta, a água enche o reservatório, passando através da turbina hidráulica, tipo bulbo, e produzindo energia elétrica. Na maré baixa, o reservatório é esvaziado e a água que sai do reservatório passa novamente através da turbina, em sentido contrário, produzindo a energia elétrica.

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Usina Geotérmica

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Usina Biomassa

O princípio de funcionamento é praticamente o mesmo de uma usina termelétrica. A biomassa (casca de arroz, cavaco de madeira, produtos e resíduos agrícolas, resíduos florestais, resíduos pecuários, lixo) é queimada na caldeira, aumentando a temperatura da água até a formação de vapor que, conduzido até a turbina, a faz girar. A turbina a vapor está acoplada a um alternador que, girando seu rotor imerso, gera um campo magnético que, por sua vez, gera corrente elétrica.

usina de Biomassa

Usina Maremotriz

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Usina Maremotriz

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Processos de Transmissão de energia elétrica

Transmissão de energia elétrica

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.

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 redutante entre sistemas, formando uma rede. O número de interligações aumenta a confibialidade do sistema, porém aumentando a comolexidade. 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

Detalhe de uma coluna de isoladores em uma torre. Os anéis próximos aos cabos e nas ferragens dos isoladores são usados para uniformizar o campo eléctrico, reduzindo o efeito corona.

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.

Torre

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.

Subestações

As linhas de transmissão são conectadas às subestações, que dispõe de mecanismos de manobra e controle, de forma a reduzir os transitórios que podem ocorrer durante a operação das linhas.

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 138Kv, 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 facto de potência unitário que esteja demandando esta potência. Neste regime toda a energia reactiva gerada pela linha é consumida pela própria.

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(Aplicada a Transmissã de energia)

Para linhas de extra-alta tensão (acima de 345 Kv), o principal limitante é o efeito corona. O campo elétrico 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 electromagnéticos

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.

Transformadores elétricos

O transformador, representado esquematicamente na Figura 8.1, é um aparelho estático que transporta energia elétrica, por indução eletromagnética, do primário (entrada) para o secundário (saída). Os valores da tensão e da corrente são alterados, porém, a potência, no caso do transformador ideal1, e a freqüência se mantêm inalterados. As principais variáveis que definem o dimensionamento de um transformador são a bitola dos condutores (corrente) e o material isolante utilizado (tensão). Os enrolamentos de alta tensão (AT) são constituídos por várias espiras de fio fino, sendo que os enrolamentos de baixa tensão (BT) possuem um menor número de espiras com bitola maior.

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 principio de indução eletromagnética.,

No caso dos transformadores elétricos de dois enrolamentos, é comun se denominá-los como enrolamento primário e secundário, existem transformadores de três endamento sendo que o terceiro é chamado de terciário. Existe também um tipo de transformador denominado Autotransformadores, no qual o enrolamento secundário possui uma cnexão elétrica com o enrolamento do primário.

tranformadores de potência são destinados primeramente à transformação de tensão e das correntes operando com altos valores de potência, de forma a elevar o valor da tensão e consequentemente reduzir o valor da corrente.este procedimento é utilizado pois ao se reduzir os valores das correntes, reduz-se as perdas por efeito joule nos condutores, O transformador é constituido de um núcleo de material ferromagnético, como aço, a fim de produzir um caminho de baixa relutância para o fluxo gerado.

Transformadores também podem ser utilizados para o casamento de impedâcias,, que consiste em modificar o valor da impedância vista pelo lado primário do transformador, são em geral de baixa potêmcia. há outros tipos de transformadores, alguns com núcleo ferromagnético, outros sem nucleo, ditos tranformadores com nucleo de ar, e ainda aqueles com núcleo de ferrite.

transformadores elétricos

transformadores elétricos 2

O Fio "Neutro" e os Fios de "Fase"

Usamos a voltagem obtida no transformador de rua é transferia para uma residência.

Isto é feito por meio de três fios: um deles, denominado fio neutro, sai do ponto central do secundário do transformador que está ligado à Terra; os outros dois são denominados fios de base e saem dos pontos extremos deste secundário. Entre cada fase e o neutro existe uma voltagem eficaz de 110 V. Assim, temos VAB = 110 V e
VBC = 110 V. Entre as duas fases há uma voltagem eficaz de 220 V. Então, na residência mostrada nesta figura, é possível instalar tomadas de 110 V (usando-se uma fase e um neutro) e tomadas de 220 V (usando-se as duas fases).
Em algumas instalações elétricas, entretanto, a residência é ligada ao transformador de rua apenas por uma das fases e pelo neutro. É claro que nestas residências só poderão ser instaladas tomadas de 110 V.

Voltagem de pico e voltagem eficaz

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 frequência 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, descrece, chega a 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:

Voltegens

Efeito Joule

Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre uma transformação de Energia elétrica em Energia térmica. Este fenômeno é conhecido como Efeito Joule, em homenagem ao Físico Britânico James Prescott Joule (1818-1889).

Esse fenômeno ocorre devido o encontro dos elétrons da corrente elétrica com as partículas do condutor. Os elétrons sofrem colisões com átomos do condutor, parte da energia cinética (energia de movimento) do elétron é transferida para o átomo aumentando seu estado de agitação, conseqüentemente sua temperatura. Assim, a energia elétrica é transformada em energia térmica (calor).

A descoberta da relação entre eletricidade e calor trouxe ao homem vários benefícios. Muitos aparelhos que utilizamos no nosso dia-a-dia têm seus funcionamentos baseados no Efeito Joule, alguns exemplos são:

Lâmpada: um filamento de tungstênio no interior da lâmpada é aquecido com a passagem da corrente elétrica tornando-se incandescente, emitindo luz.

Chuveiro: um resitor aquece por Efeito Joule a água que o envolve.

São vários os aparelhos que possuem resitores trabalham por Efeito Joule, como por exemplo, o secador de cabelo, o ferro elétrico e a torradeira.

Outra aplicação que utiliza esta teoria é a proteção de circuitos elétricos por fusíveis. Os fusíveis são dispositivos que têm com objetivo proteger circuitos elétricos de possíveis incêndios, explosões e outros acidentes. O fusível é percorrido pela corrente elétrica do circuito. Caso esta corrente tenha uma intensidade muito alta, a ponto de danificar o circuito, o calor gerado por ela derrete o filamento do fusível interrompendo o fornecimento de energia, protegendo o circuito.

Pode-se fazer uma simples demonstração do Efeito Joule utilizando para isto, três pilhas grandes, um pouco de palha de aço (Bom Bril) e dois fios flexíveis.

Coloque as três pilhas em série e conecte uma extremidade de cada fio nas extremidades da série de pilhas. Coloque a palha de aço em um local onde não possa ocorrer a propagação de chamas (em algum piso não inflamável). Encoste as duas extremidades dos fios na palha de aço, fechando o circuito e estabelecendo a passagem da corrente elétrica. Esta corrente elétrica aquece os fios de palha por Efeito Joule e, por serem muito finos, tornam-se incandescentes e pegam fogo.

Efeito Corona

O efeito Corona é também conhecido como fogo de Santelmo. O efeito corona é um fenômeno relativamente comum em linhas de transmissão com sobrecarga. Devido ao campo elétrico muito intenso nas vizinhanças dos condutores, as partículas de ar que os envolvem tornam-se ionizadas e, como consequência, emitem luz quando da recombinação dos íons e dos elétrons.

O nome Fogo de Santelmo vem de Santo Elmo, padroeiro dos marinheiros, e surgiu quando antigos marinheiros observavam navios com os mastros envolvidos por uma tênue luz. A superstição cuidou de transformar esse fenômeno em aparição divina. Posteriormente, porém, observou-se que tal aparição ocorria principalmente nas regiões tropicais, em condições que precediam tempestades. As nuvens eletrizadas induziam cargas nas pontas dos mastros, produzindo o efeito coro.

Principais Causas:

Dentre os principais problemas que podem ser detectados destacam-se:

· Isoladores defeituosos

· Condutores danificados

· Fios quebrados

· Ruído audível e Radiointerferência

· Nível de contaminação em componentes

· Condições dos componentes de transmissão, subestações e distribuição.

3- O efeito Corona é também conhecido como fogo de Santelmo. O efeito corona é um fenômeno relativamente comum em linhas de transmissão com sobrecarga. Devido ao campo elétrico muito intenso nas vizinhanças dos condutores, as partículas de ar que os envolvem tornam-se ionizadas e, como consequência, emitem luz quando da recombinação dos íons e dos elétrons.

O nome Fogo de Santelmo vem de Santo Elmo, padroeiro dos marinheiros, e surgiu quando antigos marinheiros observavam navios com os mastros envolvidos por uma tênue luz. A superstição cuidou de transformar esse fenômeno em aparição divina. Posteriormente, porém, observou-se que tal aparição ocorria principalmente nas regiões tropicais, em condições que precediam tempestades. As nuvens eletrizadas induziam cargas nas pontas dos mastros, produzindo o efeito corona.

Projeto, construção e manutenção das linhas de Transmissão

A instalação de uma linha de transmissão não é simples, devendo ser executada por empresas especializadas e com autorização da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica).

Como foi visto, a linha de transmissão é constituída de vários componentes, cuja quantidade e características, dependem, basicamente, do nível de tensão, distância a ser percorrida, padrão estrutural e quantidade de condutores por fase.

Para proceder essa instalação, primeiramente deve ser feito um estudo preliminar, que engloba a viabilidade dessa construção, os custos, o trecho por onde ela deve passar, entre outros.

Concluída essa fase, após verificar a viabilidade técnica e econômica da implantação dessa linha, faz-se um projeto básico e executivo, determinando as características de funcionamento dessa linha, tais como o nível de tensão para o qual a linha será projetada.

Com o projeto preliminar, são feitos estudos mais específicos da região por onde essa linha ira passar, como temperatura ambiente, condição da atmosfera, topografia do terreno, travessias no caminho da linha, avaliação patrimonial das áreas por onde a linha passará, estudos ambientais, entre outros.

Com esses estudos, a ANEEL abre licitações para a construção da linha de transmissão. Com um valor limite para construção, operação e manutenção da linha. Ganha o direito de construir a linha a concessionária que oferecer o menor valor para a obra.

Vencida a concorrência, a concessionária realiza os projetos de definição dos componentes a serem usados na construção da linha. Nessa fase são definidos os tipos de estrutura (estaiada ou autoportante), as quais serão utilizadas na obra, e a geometria dessas estruturas (cabeça de gato, delta, etc.); o material dos cabos condutores, que podem ser o alumínio (AAC), alumínio-liga (AACC) - alumínio com alma de aço (ACSR), que dependem, entre outras coisas, do nível de tensão da linha; o tipo da fundação das estruturas, que dependem do tipo de terreno; e os isoladores a serem utilizados.

***

Constuçao

Terminada a fase de projeto da linha, inicia-se a sua instalação propriamente dita. A primeira parte a ser construída é a fundação das torres, como representado na figura 12.1.

.1 Funcionários fazendo a escavação para fundação de torre de transmissão.

Com a fundação concluída, a montagem das torres é iniciada. Essa montagem é feita no local da instalação, onde são fixadas a base da torre, o seu corpo e a sua cabeça, como é visto na seqüência de figuras a seguir.

.2 Montagem da base da torre. .3 Montagem do corpo da torre.

.4 Montagem da cabeça da torre. .5 Finalização da montagem da torre.

Após a conclusão da montagem das torres da linha de transmissão, são instalados os isoladores e ferragens em geral na estrutura, que sustentarão os cabos condutores e cabos pára-raios. O tipo de isolador e sua forma dependem do nível de tensão e do tipo e forma da estrutura da torre.

Com os isoladores corretamente instalados, inicia-se a passagem dos cabos, condutores e pára-raios da linha de transmissão. Os cabos devem manuseados cuidadosamente para não haver nenhum dano à sua estrutura, os quais podem causar problemas de efeito corona e perdas alem do esperado. Além disso, eles devem ser corretamente instalados e fixados nos isoladores para evitar acidentes. Nas figuras 12.6 e 12.7 temos imagens de cabos sendo instalados em linhas de transmissão.

.6 Instalação de cabos condutores de linha de transmissão.

.7 Instalação de cabos condutores de linha de transmissão.

Após a instalação dos cabos condutores, inicia-se a ultima fase da instalação de uma linha de transmissão. Nessa fase, são instalados os acessórios da linha, normalmente de segurança. Esses acessórios são as esferas de sinalização, pára-raios de sistema, reatores shunt, pintura da torre para sinalização, entre outros.

.8 Instalação de esfera de sinalização.

.9 pára-raios de sistema em torre de transmissão com pintura para sinalização.

A instalação completa de uma linha de transmissão é demorada, demandando meses ou até anos para sua conclusão. Por isso, o projeto de construção de uma linha de transmissão deve contemplar um possível aumento na demanda de energia a ser transportada. Ou seja, ao projetar uma linha de transmissão, deve-se levar em conta projeções futuras da utilização da energia elétrica no centro consumidor onde a linha será instalada.

MANUTENÇÃO

Transmissão

As linhas de transmissão são o elo entre a geração e o consumo da energia elétrica. Com isso, é um enorme problema para as concessionárias de energia elétrica se algum problema ocorrer com essas linhas, pois o centro consumidor ficará sem energia, e muitos poderão ocorrer. Por essa razão, a manutenção é algo tão importante nesse equipamento, principalmente a manutenção preventiva, que evita a ocorrência de falhas e acidentes.

Inúmeros autores são unânimes quanto à importância de fazer a manutenção em qualquer equipamento. Abaixo, temos uma lista de alguns benefícios que ela pode proporcionar.

Segurança melhorada: instalações bem mantidas tendem a apresentar um menor desvio do comportamento previsto e a proporcionar menores riscos ao pessoal;

Confiabilidade aumentada: menos tempo perdido com consertos e menores gastos com possíveis interrupções da produção;

Maior qualidade: representada pelo melhor desempenho dos equipamentos que se comportam segundo um padrão determinado, de modo a não comprometer a qualidade dos produtos ou serviços;

Tempo de vida mais longo: os cuidados direcionados aos equipamentos permitem uma redução de problemas de operação, desgastes, deterioração e outros que podem reduzir o tempo de vida das instalações;

Custos de operação mais baixos: instalações que recebem manutenção regularmente funcionam de forma mais eficiente.

A atividade de manutenção em linhas de transmissão é regulamentada pela ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico). Para um melhor desempenho do sistema elétrico nacional foram criados os Procedimentos de Rede referentes ao Acompanhamento da Manutenção dos Sistemas Elétricos . Eles têm como objetivo padronizar a operação, de modo a proporcionar um serviço de fornecimento de energia elétrica nos níveis e padrões de qualidade e confiabilidade requeridos pelos consumidores e aprovados pela ANEEL.

O trabalho de manutenção das linhas de transmissão é realizado em três dos seus componentes.

MANUTENÇÃO DO TERRENO ONDE ESTÁ INSTALADO A TORRE

Essa manutenção é importante para evitar a interferência da vegetação local no bom funcionamento da linha de transmissão e para que os acessos à torre estejam em condições que permitam o transito dos veículos de manutenção que transportam pessoal, ferramentas e instrumentos. Essa manutenção segue normas da ABNT com relação à altura máxima da vegetação abaixo das linhas. Esse serviço deve ser feito, de modo que, além de cortar a vegetação, essa vegetação cortada deve ser retirada do local para evitar incêndios com a vegetação seca. A figura 12.1 mostra essa manutenção sendo realizada.

.1 Manutenção do terreno de uma linha de transmissão.

MANUTENÇÃO DA TORRE

A manutenção das torres de transmissão de energia elétrica deve ser feita de modo a conservar a estrutura, evitando acidentes. Ela contempla o aperto ou troca de parafusos, troca de isoladores, substituição de peças corroídas e retencionamento dos tirantes de aço que sustentam torres estaiadas. Na figura 12.2 há a imagem de trabalhadores re3alizando a manutenção em uma torre de transmissão.

.2 Manutenção em torre de transmissão de energia elétrica.

Manutenção

MANUTENÇÃO DOS ISOLADORES E CABOS CONDUTORES

Nessa manutenção, são contemplados os isoladores e seus acessórios, os cabos pára-raios, e o correto funcionamento dos cabos condutores. Esta atividade possibilita corrigir defeitos nos isoladores, espaçadores-amortecedores, cabos condutores e demais componentes da linha, como mostra a figura 12.3.

.3 Manutenção de isoladores em linha de 500kV.

A manutenção desses componentes da linha de transmissão pode ocorres de três formas, que são:

Corretiva

A manutenção ocorre para consertar algum componente da linha que sofreu algum dano. Esse tipo de manutenção deve ser evitado ao máximo, pois caso ocorra algum problema na linha, haverá falta de energia no centro consumidor. Essa falta pode gerar multa para a concessionária e problemas nos

Subestações

subestações

Uma subestação (SE) pode ser definida como um conjunto de

equipamentos de manobra e/ou transformação e ainda eventualmente de compensação de reativos usado para dirigir o fluxo de energia em sistema de potência e possibilitar a sua diversificação através de rotas alternativas, possuindo dispositivos de proteção capazes de detectar os diferentes tipos de faltas que

ocorrem no sistema e de isolar os trechos onde estas faltas correm.

A classificação de uma subestação pode ser realizada conforme sua função, seu nível de tensão, seu tipo de instalação e sua forma de operação.

Classificação quanto à função:

Subestações transformadoras: é aquela que converte a tensão de suprimento para um nível diferente, maior ou menor, sendo designada, respectivamente, SE transformadora elevadora e SE transformadora abaixadora. Geralmente, uma subestação transformadora próxima aos centros de geração é uma SE elevadora (elevam a tensão para níveis de transmissão e subtransmissão proporcionando um transporte econômico da energia). Subestações no final de um sistema de transmissão, próximas aos centros de carga, ou de suprimento a uma indústria é uma SE transformadora abaixadora (diminuem os níveis de tensão

evitando inconvenientes para a população como rádio-interferência, campos magnéticos intensos e faixas de passagem muito largas)

Subestação Seccionadora, de Manobra ou de Chaveamento: é aquela que interliga circuitos de suprimento sob o mesmo nível de tensão, possibilitando a sua multiplicação. É também adotada para possibilitar o seccionamento de circuitos, permitindo sua energização em trechos sucessivos de menor comprimento.

Classificação quanto ao nível de tensão:

Subestações de alta tensão (AT): é aquela que tem tensão nominal abaixo de 230 kV;

Subestações de extra alta tensão (EAT): é aquela que tem tensão nominal acima de 230 kV. É importante enfatizar que em subestações deste tipo são necessários estudos complementares considerando o Efeito Corona.

Classificação quanto ao seu tipo de instalação:

Subestações a céu aberto: são construídas em locais amplos ao ar livre (figura 1) e requerem emprego de aparelhos e máquinas próprias para funcionamento em condições atmosféricas adversas (chuva, vento, poluição, etc.);

Subestações em interiores: são construídas em locais abrigados (figura 2 ) e os equipamentos são colocados no interior de construções não estando

sujeitos a adversidades do tempo como as abertas;

Subestações blindadas: são construídas em locais abrigados (figura 3) e

os equipamentos são completamente protegidos e isolados em óleo, com material

sólido, ou em gás (ar comprimido ou SF6).

No caso das subestações blindadas podem ser destacadas algumas vantagens e desvantagens. As blindadas têm como vantagens o espaço reduzido (podendo chegar a até 10% de uma SE convencional), baixa manutenção e operação segura inteiramente contidas em invólucros metálicos) e disponíveis em

níveis de tensão de até 500kV. Mas possuem também certas desvantagens como a necessidade de pessoal com treinamento especializado e as operações de chaveamento manobra não podem ser visualizadas (apenas supervisionadas por indicadores luminosos).

Classificação quanto à forma de operação:

Subestações com operador: exige alto nível de treinamento de pessoal e uso de computadores na supervisão e operação local só se justifica para instalações de maior porte.

Subestações semi-automáticas: possuem computadores locais ou

intertravamentos eletromecânicos que impedem operações indevidas por parte do operador local.

Subestações automatizadas: são supervisionadas à distância por

intermédio de computadores.