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PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA Prof. Carlos Henriques V R Oliveira EMENTA – TEE00025 A1 Geração e controle da energia elétrica. Princípios. Tipos de geradores e turbinas Dispositivos para controle da tensão e da frequência. Transporte da energia elétrica. Análise técnico-econômica para a escolha do nível da tensão de transmissão e dos condutores de linhas aéreas. Transmissão em Corrente Alternada versus Corrente Contínua. Distribuição da energia elétrica. Desequilíbrio de fases. Subestações de energia elétrica e seus equipamentos. Eficiência energética. Qualidade da energia elétrica. Proteção de sistemas elétricos. Proteção dos equipamentos elétricos. Complexidade versus custo da proteção. Proteção sistêmica. Esquemas de proteção. Planejamento e operação de sistemas elétricos. Planejamento da expansão e da operação de um sistema elétrico. Otimização. PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA PROGRAMA 1. INTRODUÇÃO 2. GERAÇÃO E CONTROLE DA ENERGIA ELÉTRICA 3. TRANSPORTE DA ENERGIA ELÉTRICA 4. DISTRIBUIÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA 5. PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 6. PLANEJAMENTO E OPERAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA 3 - Transmissão Transmissão de Energia - Elétrica sob forma natural (linhas de CA). - Transporte de combustível (conversão através de motores/geradores) Vantagens do Combustível (gás, carvão, petróleo etc) - Pode ser armazenado; - Pode ser transportado a grandes distâncias (rodoviária, fluvial, tubulações etc). Características do transporte de Energia Elétrica - Não pode ser acumulada, significa que a geração ou produção deve ser dimensionada conforme a solicitação (carga); - O consumidor ou usuário pode com facilidade controlar o fluxo de energia; - A distância a ser transportada depende de questões econômicas, técnicas e ambientais. Vantagens da Energia Elétrica - Pode ser convertida facilmente em qualquer outra forma de energia (térmica, mecânica); - Transporte fácil, de fácil distribuição, com baixo custo; - Flexibilidade de operação. PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA 3 - Transmissão PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA 3 - Transmissão Principais componentes das Linhas de Transmissão •Cabos condutores •Cabos pára-raios •Estruturas •Fundações •Cadeias de isoladores •Ferragens •Espaçadores •Amortecedores •Contrapeso •Outros acessórios (sinalização, proteção, etc). Condutores Função: Transporte da energia elétrica • Camadas fios encordoados • Materiais: alumínio, aço, ligas etc • Mais utilizado no Brasil: CAA ou ACSR: Condutor de alumínio com alma de aço Condutores Materiais utilizados para fabricação: -Cobre (mais rígido, menor resistividade), mais empregado em médias e baixas tensões. - Alumínio (custos inferiores e ligas), mais utilizado em alta tensão. As ligas resultam em maior resistência à corrosão e à abrasão, facilita a conexão, maior capacidade de condução de corrente, entre outras vantagens mecânicas. Condutores Formação de cabos/condutores Cabos encordoados em camadas pois diminuem a rigidez mecânica. N = 3 n (n+1) + 1 N número total de fios N número de camadas (2, 3...) Diâmetro do Condutor D = (2n+1) d d diâmetro de um fio. Condutores Cabos de Alumínio Nomenclatura no Brasil seguem padrões canadenses. Cabos de Alumínio – CA Nomes de flores e plantas Ex: CA Violet - 715,5 MCM, 37 fios , 3 camadas Cabos de Alumínio com alma de aço – CAA (ACSR – Aluminium Conductor Steel Reinforced) Nomes de Pássaros Ex: CAA Hawk (falcão) 477MCM, 26 fios, 2 camadas, 7 fios de aço. OBS: ACSR animais, répteis, aves. Condutores Ligas Principais tipos de ligas utilizadas: •Alumínio 1350, em cabos CA e CAA •Liga 5005 •Liga 6201 •São formadas por ligas a base de magnésio e silício, conhecidas na Europa como Aldrey, Almalec ou Silmalec. •Nos EUA utiliza muito a liga 6021: AAAC- All Aluminium Alloy Conductor; ACAR – Aluminium Conductor Alloy Reinforced; AASCR - Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced. Condutores Linhas acima de 230 kV •Utilização de vários condutores por fase (chamado feixe) •Com 2 a 4 condutores espaçados, em geral 10 a 30 vezes o diâmetro do cabo condutor. exemplo: 400 a 460 mm Pára-raios Função: Proteção da linha contra surtos atmosféricos, evitando que as descargas atmosféricas atinjam diretamente os cabos condutores • Materiais: aço, alumínio, ... • OPGW (com fibra ótica para telecomunicações) Tipos de cabos: aço – revestido (Alumoweld) ou não (EHS e HS) – ACSR extra-fortes e OPGW; Cabos de aço são revestidos com zinco (galvanização), enquanto que os Alumoweld são revestidos de alumínio; Critérios de seleção do cabo: desempenho mecânico, atenuação do sinal de comunicação, corrosão, capacidade de corrente e perdas. Cabos OPGW possuem em geral um tubo óptico revestido por fios de aço, Alumoweld ou liga de alumínio. Estes fios determinam o comportamento mecânico do cabo; Pára-raios Desempenho mecânico Posicionamento dos cabos pára-raios em relação aos cabos condutores, que determina a eficiência da blindagem e o desempenho da linha frente à descargas atmosféricas. Cabos ACSR extra-fortes possuem alta percentagem de aço, o que leva à redução de suas flechas em relação aos ACSR convencionais. Pára-raios Arranjo dos cabos pára-raios (aterrados, isolados/transpostos e isolados/seccionados); Aterrados: os cabos pára-raios são aterrados em todas as estruturas. As perdas são devidas às tensões induzidas nos pára-raios, originadas pelos cabos condutores; Isolados/transpostos: os cabos pára-raios são isolados em todas as estruturas, mas aterrados nas extremidades. Isolados/seccionados: os cabos pára-raios são divididos em seções, isoladas umas das outras por isoladores. Pára-raios Estruturas Função: Suporte dos cabos condutores e pára-raios • Deve garantir distâncias seguras entre condutores, entre os condutores e o solo, entre os condutores e objetos externos • Materiais: aço, concreto e madeira Estruturas Disposição dos condutores Estruturas Estruturas Estruturas Estaiadas Estruturas Espaçamentos Estruturas Outras estruturas Fundações Função: Fixação das estruturas • Seu projeto depende de um estudo criterioso das características do solo • Materiais: aço, concreto. Fundações Cadeia de Isoladores Função: Isolar eletricamente os cabos condutores das estruturas • Materiais: vidro e porcelana mais utilizados. Alguns de materiais especiais (borracha, polímeros). Cadeia de Isoladores Tipo Pilar Tipo Pino Tipo Suspenção Ferragens Função: Fixação de cabos condutores, pára-raios, cadeias de isoladores, estruturas. • Material: aço Espaçadores Função: Manter o espaçamento adequado entre os subcondutores de um feixe. • Espaçadores amortecem as oscilações dos condutores de um mesmo feixe. • Materiais: aço ou alumínio. Amortecedores As linhas aéreas de transmissão podem ser afetadas diferentemente por vibrações, dependendo da topografia do terreno e da classe de tensões dos condutores. Os amortecedores devemser, na medida do possível, posicionados de forma a atingirem a máxima eficácia numa ampla faixa de condições ambientes compreendendo diferentes frequências, comprimento de onda e velocidades de vento. Amortecedores Função: Amortecer vibrações dos cabos (pára-raios e condutores) provocadas pela ação do vento • Evita a fadiga, rompimento e redução da vida útil • Materiais: aço e alumínio Contrapesos Função: Redução da resistência de aterramento das estruturas. Melhoria do desempenho na presença de descargas atmosféricas. • Cabos enterrados conectados à estrutura da linha. • Materiais: aço, cobre.
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