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1 GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA AULA 5 Prof. Rafael Zamodzki 2 CONVERSA INICIAL Nesta aula, deseja-se que o aluno conheça as redes de distribuição primária e secundária. A partir desses conhecimentos, será possível entender quais são os tipos de postes utilizados nas redes de distribuição, como são constituídas as redes primárias e secundárias de distribuição, como se divide a carga nos transformadores instalados ao longo da rede, como se dá a instalação da iluminação pública no posteamento e como são montadas as redes primárias e secundárias nas estruturas da rede. TEMA 1 – POSTEAMENTOS UTILIZADOS EM REDES DE DISTRIBUIÇÃO As redes de energia elétrica são necessárias para a transmissão e a distribuição da energia elétrica gerada nas usinas. Para que o transporte de energia seja realizado de forma segura e robusta, é necessário contar com um conjunto de estruturas (isoladores, cabos, torres, postes, transformadores etc.) que viabilizem o processo. O sistema de distribuição está particularmente inserido na estrutura das cidades e na área residencial rural, pois é por meio dele que a energia chega ao consumidor final, seja em caráter residencial, comercial ou industrial. A tensão presente nos sistemas de distribuição pode ser baixa, média ou alta, dependendo do tipo de instalação que irá alimentar e do ponto do sistema em que está sendo realizada a análise. Tensões de 69 kV e 138 kV são considerados níveis de subtransmissão. Redes de distribuição com tensões de 44 kV, 34,5 kV, 13,8 kV e 2,3 kV são chamadas de redes primárias de distribuição. Já as redes com baixa tensão (abaixo de 1 kV) são chamadas de redes secundárias de distribuição. Normalmente, a divisão do cabeamento nas redes de distribuição se dá da maneira mostrada na Figura 1. Os três cabos localizados na parte superior do poste correspondem às três fases da rede primária. Os quatro cabos fixados mais abaixo no poste correspondem às três fases e ao neutro da rede secundária de distribuição. 3 Figura 1 – Exemplo de configuração de rede de distribuição Crédito: Noemie Coudray/Shutterstock. Além da classificação em primárias e secundárias, as redes de distribuição também podem ser classificadas como aérea convencional, aérea compacta, aérea isolada e subterrânea. • Aérea convencional: neste tipo de rede, utiliza-se condutores nus, ou seja, esses condutores não apresentam cobertura externa. Este tipo de rede tem maior propensão a apresentar de defeitos, justamente pelo fato de os cabos não terem cobertura. É a configuração apresentada na Figura 1. • Aérea compacta: recebe este nome porque a área que os condutores ocupam é menor em comparação à rede aérea convencional. Além disso, os condutores são cobertos com uma camada de proteção. Na Figura 2, é possível ver a disposição dos cabos na rede compacta. Os cabos na parte superior do poste são cobertos e apresentam uma configuração geométrica diferente da configuração de aérea convencional. Na Figura 3, pode ser visto em detalhe o espaçador utilizado na rede compacta, para garantir a distância entre os cabos e a geometria da rede. 4 Figura 2 – Exemplo de rede aérea compacta Crédito: LEY.corner/Shutterstock. Figura 3 – Detalhe do espaçador utilizado em rede compacta Crédito: khak/Shutterstock. • Aérea isolada: para este tipo de rede, são utilizados cabos isolados. A isolação é suficiente para que seja possível trançar os cabos. Apresenta custo mais elevado em comparação a outras configurações aéreas. • Subterrânea: tem um custo mais elevado de implantação, porém, apresenta vantagens com relação à questão estética e também à confiabilidade. Os cabos utilizados são isolados e estão menos expostos a intempéries. Por isso, são mais confiáveis do que as aéreas. Para que as redes aéreas de distribuição sejam concebidas, é necessário contar com estruturas capazes de sustentar os cabos condutores utilizados para o transporte da energia. As estruturas utilizadas para esse fim são os postes. 5 1.1 Poste circular Para que os cabos e demais componentes das redes de distribuição aéreas sejam sustentados e fixados, é necessário que existam estruturas capazes de realizar tal função. Tais estruturas são os postes, na maior parte das vezes fabricados em concreto armado, e algumas vezes em madeira. A NBR 8451 (dividida em várias partes) traz aspectos relacionados aos tipos de postes de concreto armado utilizados nas redes de distribuição, como geometria do poste, padronização dos postes para redes de distribuição, ensaios que devem ser realizados pelos fabricantes etc. (ABNT, 2012a; 2012b; 2013a; 2013b). Quanto à simbologia, cada concessionária utiliza um padrão para os projetos em sua área de concessão. Na Figura 4, vemos alguns modelos de símbolos utilizados pela Copel (Companhia Paranaense de Energia) para representar os postes circulares nos projetos de rede. Figura 4 – Exemplo de simbologia de postes com seção circular utilizada pela Copel Fonte: Copel, 2003. Na Figura 5, apresentamos uma vista geral do poste de seção circular, retirada da NBR 8451-2:2013 (ABNT, 2013a). 6 Figura 5 – Poste de seção circular Fonte: ABNT, 2013a. 1.2 Poste quadrado Os postes de seção quadrada também são utilizados em redes de distribuição. A simbologia utilizada pela Copel para representação deste tipo de poste é apresentada na Figura 6. 7 Figura 6 – Simbologia utilizada pela Copel para representação do poste com seção quadrada Fonte: Copel, 2003. 1.3 Poste duplo T O terceiro tipo de poste utilizado em redes de distribuição é o poste duplo T. Alguns exemplos de símbolos utilizados pela Copel para este tipo de poste são apresentados na Figura 7. Figura 7 – Exemplo de simbologia utilizada pela Copel para o poste com seção duplo T Fonte: Copel, 2003. Este poste leva o nome de duplo T, porque a vista da sua base realmente se assemelha com duas letras T conectadas, como pode ser visto no detalhe C da Figura 8. Na mesma figura, é possível ver o detalhamento do poste duplo T apresentado pela NBR 8451-2:2013 (ABNT, 2013a). 8 Figura 8 – Poste de seção duplo T Fonte: ABNT, 2013a. 9 TEMA 2 – REDE PRIMÁRIA DE DISTRIBUIÇÃO Segundo Bovolato (2004), pode-se definir rede primária de distribuição como “conjunto de alimentadores urbanos de distribuição e seus ramais que alimentam os transformadores de distribuição e os pontos de entrega na mesma tensão”. Assim, entende-se que os alimentadores que saem da subestação com direção aos centros de consumo, e que alimentam os transformadores de distribuição, ou diretamente uma indústria, são definidos como rede primária de distribuição. Recomenda-se os seguintes números de alimentadores para as cargas especificadas, por localidade (Bovolato, 2004): • Até 1000 kVA: 1 alimentador • De 1000 kVA a 3000 kVA: 2 alimentadores • De 3000 kVA a 6000 kVA: 3 alimentadores • De 6000 kVA a 10000 kVA: 4 alimentadores No traçado de alimentadores, deve-se obedecer o máximo possível alguns critérios (Bovolato, 2004): • aproveitamento máximo do sistema existente; • posicionamento o mais próximo possível das cargas (otimização de tensão); • evitar mudanças constantes de direção, perseguindo pequenas concentrações de carga; • desenvolvimento dos alimentadores coerentes com o sentido de desenvolvimento da cidade; • as ruas e avenidas escolhidas para o seu trajeto deverão estar bem definidas, e o traçado já aprovado pela prefeitura; • os ramais primários que derivam do alimentador devem ser, de forma geral, paralelos; • obedecer a seqüência das fases desde a subestação; • quando não for possível obedecer a seqüênciade fase, por mudança de lado do posteamento, é preciso afixar placa indicativa em pontos estratégicos. 10 TEMA 3 – REDE SECUNDÁRIA DE DISTRIBUIÇÃO A rede secundária de distribuição é definida como a porção da rede que deriva dos transformadores de distribuição (aqueles localizados nos postes), ou seja, após os níveis de tensão primária serem rebaixados. Esses níveis de tensão alimentam os consumidores finais de forma monofásica, bifásica ou trifásica, dependendo da carga do estabelecimento. Deve-se observar, na concepção da rede secundária, alguns itens essenciais (Bovolato, 2004): • largura do passeio; • sacadas ou marquises de casas e prédios, garagens, portas de lojas, anúncios luminosos, janelas (estudar as dimensões livres para não interferir com a rede); • galerias de águas pluviais, redes de água, gás, e esgotos subterrâneos que interfiram no projeto (manter contatos com a prefeitura quando impossível observar); • obstáculos existentes, árvores no eixo da rede, buracos causados por erosões e elevações ou abaixamento no terreno que influenciem na locação e/ou número de postes; • existência de rede telefônica e suas caixas muflas, assinalando pontos de interferência com a mesma; • existência de praças ou logradouros públicos, para evitar a localização de postes nas mesmas; • pontos de tomada de ramal de serviço primário (se há necessidade de alteração na entrada do consumidor ou na localização do poste); • existência de muflas, primárias e secundárias; • transferência do consumidor de alta tensão para baixa tensão. Neste caso verificar: o carga instalada; o existência de máquina de solda; o programa de aumento de carga do consumidor. • locação provável do transformador. Neste caso, verificar: o facilidade de instalação e retirada; o operação de chave fusível; 11 o local seguro e livre de qualquer interferência. • o melhor lado para localização do posteamento, considerando os futuros projetos que possam vir a ocorrer na área; • existência de postos de gasolina que interfiram na localização dos postes (contudo, somente essa interferência não justifica a alteração do projeto); • travessias a serem projetadas: analisar cuidadosamente os detalhes construtivos; • contatos com órgãos públicos sobre melhoramentos futuros no local. TEMA 4 – DIVISÃO DE CIRCUITOS: TRANSFORMADORES E ILUMINAÇÃO PÚBLICA Ao longo da rede de distribuição, estão localizadas as cargas que precisam ser alimentadas pela rede. Assim, é necessário calcular a potência total das cargas que serão alimentadas por um determinado transformador, para que ele não seja sub nem sobredimensionado. Geralmente, estabelece-se uma folga na capacidade do transformador, prevendo futuras expansões do sistema. Além disso, os equipamentos utilizados para a iluminação pública precisam ser alimentados pela rede de distribuição, constituindo, assim, mais uma categoria de cargas instaladas ao longo do sistema. Nas próximas seções, vamos estabelecer critérios para o cálculo da demanda dos transformadores da rede de distribuição. Também vamos tratar de aspectos relacionados ao funcionamento do sistema de iluminação pública. 4.1 Determinação da demanda dos transformadores Os transformadores utilizados em redes de distribuição apresentam valores de potência nominal padronizados: 15, 30, 45, 75 e 112,5 kVA. Os transformadores instalados na tensão de 13,8 kV pertencem à classe de 15 kV e rebaixam a tensão para os níveis de distribuição secundária (Bovolato, 2004). Deve-se procurar locar os transformadores de modo que o comprimento dos circuitos secundários não exceda 400 metros (Bovolato, 2004). Para determinar a demanda dos transformadores, deve-se considerar a demanda diversificada e a demanda de motores ao longo do trecho alimentado pelo transformador. 12 A demanda diversificada é calculada tomando como base o número de consumidores atendidos por um determinado transformador. Utiliza-se a Tabela 1 para este cálculo. Tabela 1 – Demanda diversificada em kVA Nº de consumidores no circuito Classe de consumidores Tipo C (baixa) Tipo B (média) Tipo A (alta) 1 a 5 0,300 0,600 3,000 6 a 10 0,235 0,435 1,600 11 a 15 0,225 0,370 1,160 16 a 20 0,215 0,345 0,940 21 a 25 0,210 0,330 0,870 26 a 30 0,205 0,320 0,720 31 a 40 0,205 0,315 0,640 41 ou + 0,200 0,300 0,600 Fonte: Bovolato, 2004. A demanda de motores, por sua vez, é determinada de acordo com a potência instalada e com a quantidade de motores utilizados. Para este cálculo, utilizamos as Tabelas 2 e 3. Tabela 2 – Demanda diversificada para motores Nº de consumidores Fator de redução para a demanda 1 1 2 0,92 3 0,86 4 0,82 5 0,79 6 0,77 7 0,75 8 0,74 9 0,73 10 0,72 11 0,72 12 0,72 13 0,72 14 0,71 15 0,71 16 0,71 17 0,71 18 0,71 19 0,71 20 0,7 13 21 0,7 22 ou mais 0,7 Fonte: Bovolato, 2004. Tabela 3 – Fator de simultaneidade Potência em CV Equivalência em kVA Demanda Individual (kVA) - Número de motores 1 2 3 a 5 Mais de 5 1/6 0,5 0,45 0,39 0,34 0,3 1/4 0,7 0,55 0,48 0,45 0,42 0,27 0,77 0,69 0,6 0,52 0,46 0,45 1 0,89 0,77 0,67 0,6 1/2 1,14 1,01 0,88 0,77 0,67 0,7 1,3 1,15 1 0,87 0,77 3/4 1,4 1,24 1,07 0,94 0,83 1 1,7 1,43 1,29 1,13 0,89 1,1 1,9 1,67 1,44 1,25 1,11 1,5 2,4 2,02 1,8 1,57 1,39 2 3,1 2,6 2,3 2 1,78 2,5 3,8 3,21 2,88 2,44 2,16 3 4,5 3,78 3,34 2,89 2,56 3,5 5,1 4,3 3,77 3,24 2,91 4 5,8 4,65 3,95 3,71 3,31 4,5 6,3 5 4,3 4 3,6 5 6,8 5,35 4,65 4,14 3,54 5,5 7,4 5,7 4,96 4,36 3,85 6 8 6,05 5,38 4,71 4,16 6,5 8,6 6,45 5,75 5,1 4,5 7 9,2 6,9 6,2 5,54 4,8 7,5 9,8 7,35 6,6 5,8 5,1 8 10,4 7,8 6,9 6,15 5,4 8,5 11 8,25 7,4 6,5 5,73 9 11,6 8,7 7,7 6,9 6,1 9,5 12,2 9,15 8 7,2 6,3 10 12,8 9,6 8,3 7,4 6,55 10,5 13,4 9,1 8,6 7,5 6,8 11 14 9,4 8,9 7,85 7 11,5 14,6 9,8 9,1 8,2 7,3 12 15,2 10,2 9,5 8,5 7,6 12,5 15,7 10,5 9,75 8,8 7,85 13 16,3 10,9 10 9,2 8,2 13,5 16,9 11,3 10,3 9,5 8,5 14 17,5 11,9 10,8 9,8 8,75 14,5 18,1 12,3 11,2 10,2 9 15 18,7 12,7 11,4 10,5 9,3 14 20 24,6 16,4 14,8 13,6 12,3 25 30 20,3 18,2 16,8 15,2 30 36 24,8 21,8 19,9 18 40 46 30,6 27,6 25,4 23 50 60 40 36 33,1 30 Fonte: Bovolato, 2004. 4.2 Iluminação pública Segundo a Copel (1998), pode-se classificar iluminação pública como “o fornecimento de energia elétrica para iluminação de ruas, praças, avenidas, jardins, vias, estradas e outros logradouros de domínio público, de uso comum e livre acesso, de responsabilidade de pessoa jurídica de direito público”. Para o projeto da iluminação pública, utiliza-se, além das normas das concessionárias, a NBR 5101:2018, que trata especificamente dos níveis de iluminação, de acordo com o tipo da via para a qual o sistema está sendo projetado. Pode-se conceituar e definir os tipos de vias de acordo com o exposto a seguir (Copel, 1998): COPEL. NTC 841050 • Classe A – Vias Rurais (Estradas): corresponde a locais que requerem a uma iluminação específica. É subdividida nos seguintes tipos: o Subclasse A1 – Vias Arteriais: são vias exclusivas para tráfego motorizado, que se caracterizam por grande volume e pouco acesso de tráfego, várias pistas, cruzamentos em dois planos, escoamento contínuo, elevada velocidade de operação e estacionamento proibido na pista. Geralmente, não existe ofuscamento pelo tráfego oposto, nem construções ao lado da via. O sistema arterial serve mais especificamente a grandes geradores de tráfego e viagens de longas distâncias; ocasionalmente, pode servir de tráfego local. o Subclasse A2 – Vias Coletoras: são vias exclusivas para tráfego motorizado, que se caracterizam por um volume de tráfego inferior e por um acesso de tráfego superior ao das vias arteriais. o Subclasse A3 – Vias Locais: são vias que permitem acesso às propriedades rurais,com grande acesso e pequeno volume de tráfego. 15 • Classe B – Vias de Ligação: são ligações de centros urbanos e suburbanos, não pertencendo ao grupo anterior. Geralmente, só têm importância para o tráfego local. • Classe C – Vias Urbanas: são aquelas caracterizadas pela existência de construções às suas margens e a presença de tráfego motorizado e de pedestres em maior ou menor escala. Apesar de apresentarem outros aspectos, além da intensidade de tráfego, com a devida influência nas características de iluminação, tal intensidade é o fator preponderante, e servirá como base dessa classificação. o Subclasse C1 – Vias Principais: são consideradas vias principais as avenidas e ruas asfaltadas ou calçadas, onde há predominância de construções comerciais, assim como trânsito de pedestres e de veículos. o Subclasse C2 – Vias Normais: são consideradas vias normais as avenidas e ruas asfaltadas ou calçadas, onde há predominância de construções residenciais, trânsito de veículos (não muito intenso) e de pedestres. o Subclasse C3 – Vias Secundárias: são consideradas vias secundárias as avenidas e ruas com ou sem calçamento ou revestimento asfáltico, onde há construções, e o trânsito de veículos e de pedestres não é intenso. o Subclasse C4 – Vias Irregulares: são passagens criadas pelos moradores, de largura, piso, declive e arruamento variáveis, que dão acesso a pedestres e, em raros casos a veículos, com traçado irregular, na maioria dos casos determinado pelos usuários do local ou pelas próprias construções, tais como vias de favelas. • Classe D – Vias Especiais: são considerados os acessos e/ou vias exclusivas de pedestres a jardins, parques, praças e calçadões. Para cada um destes tipos de vias, as normas estabelecem os aspectos necessários para proporcionar segurança de tráfegos a pedestres e a veículos (Bovolato, 2004): • iluminância média e tipo/potência da lâmpada; • fator de uniformidade de iluminância média; • ofuscamento; 16 • fonte de luz, luminária e suporte; • alimentação de energia elétrica; • altura do ponto de luz; • distância entre pontos de luz. TEMA 5 – MONTAGEM DE REDES PRIMÁRIAS E SECUNDÁRIAS DE DISTRIBUIÇÃO Neste tema, vamos apresentar algumas configurações de montagem de redes de distribuição de aéreas primárias e secundárias. Tais montagens são baseadas nas normas da Energisa (2002; 2013), que trazem de forma clara imagens desses tipos de montagem. Inicia-se com as configurações de montagem para redes primárias: • Conexão fonte-carga com isoladores de pino (Figura 9). Figura 9 – Conexão fonte-carga com isolador de pino Fonte: Energisa, 2013. • Conexão com isolador de suspensão (Figura 10). 17 Figura 10 – Conexão fonte-carga com isolador de disco Fonte: Energisa, 2013. • Conexão com isolador de ancoragem e by-pass com isolador de pino (Figura 11). Figura 11 – Conexão com isolador de ancoragem e by-pass com isolador de pino Fonte: Energisa, 2013. • Derivação passando de isolador de ancoragem para isolador de pino (Figura 12). 18 Figura 12 – Derivação passando de isolador de ancoragem para isolador de pino Fonte: Energisa, 2013. • Conexão com chave fusível (Figura 13). Figura 13 – Conexão com chave fusível Fonte: Energisa, 2013. As configurações para montagem de redes secundárias apresentadas a seguir são realizadas com cabos multiplexados isolados e por isso podem ser trançados ao longo da rede. • Conexão do cabo multiplexado com cabo nu (Figura 14). 19 Figura 14 – Conexão do cabo multiplexado com cabo nu Fonte: Energisa, 2002. • Conexão passante utilizando isolador de roldana (Figura 15). Figura 15 – Conexão passante utilizando isolador de roldana Fonte: Energisa, 2002. • Conexão passante com derivação (Figura 16). 20 Figura 16 – Conexão passante com derivação Fonte: Energisa, 2002. • Conexão com ancoragem simples (Figura 17). Figura 17 – Conexão com ancoragem simples Fonte: Energisa, 2002. • Conexão passante com transformador (Figura 18). 21 Figura 18 – Conexão passante com transformador Fonte: Energisa, 2002. FINALIZANDO Nesta aula, nosso objetivo era levar o aluno a um entendimento maior a respeito dos conceitos relacionados às redes de distribuição primária e secundária, e a respeito da montagem prática desses sistemas. No primeiro tema, apresentamos os tipos de postes mais utilizados nos sistemas de distribuição: o poste com seção circular, o poste quadrado e o poste duplo T. Trabalhamos com desenhos esquemáticos dos tipos de postes e também, com a simbologia utilizada na norma de uma concessionária para representá-los. No segundo tema, tratamos a respeito das redes primárias de distribuição. Abordamos aspectos essenciais que devem ser levados em consideração no momento da concepção da rede primária. No terceiro tema, apresentamos aspectos relevantes relacionados às redes secundárias de distribuição. Da mesma forma que para as redes primárias, 22 apresentamos alguns aspectos mandatórios para que a rede secundária seja concebida. Em seguida, no quarto tema, trabalhamos a forma de divisão dos circuitos em um transformador de distribuição, e como a diversidade das cargas deve ser levada em consideração no momento de definir qual a potência nominal do equipamento que será instalado. Abordamos ainda aspectos relacionados à iluminação pública, considerando os diferentes tipos de vias que existem nas áreas urbanas ou rurais. Por fim, no quinto tema, apresentamos os principais tipos de montagem das redes de distribuição primárias e secundárias, considerando as estruturas presentes nesses tipos de rede, como isoladores, cruzetas, cabos nus e isolados, transformadores etc. 23 REFERÊNCIAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8451-1 – Postes de concreto armado e protendido para redes de distribuição e de transmissão de energia elétrica. Parte 1: Requisitos. Rio de Janeiro: ABNT, 2012a. _____. NBR 8451-2 – Postes de concreto armado e protendido para redes de distribuição e de transmissão de energia elétrica. Parte 2: Padronização de postes para redes de distribuição de energia elétrica. Rio de Janeiro: ABNT, 2013a. _____. NBR 8451-5 – Postes de concreto armado e protendido para redes de distribuição e de transmissão de energia elétrica. Parte 5: Postes de concreto para entrada de serviço até 1 kV. Rio de Janeiro: ABNT, 2012b. _____. NBR 8451-6 – Postes de concreto armado e protendido para redes de distribuição e de transmissão de energia elétrica. Parte 6: Postes de concreto armado e protendido para linhas de transmissão e subestações de energia elétrica – Requisitos, padronização e ensaios. Rio de Janeiro: ABNT, 2013b. BOVOLATO, M C. Planejamento e projetos de sistemas de distribuição de energia elétrica. Ilha Solteira, São Paulo, 2004. Apostila do Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. COPEL – Companhia Paranaense de Energia. NTC 841005 – Desenho de redes de distribuição. 2 ed. Curitiba, 2003. _____. NTC 841050 – Projeto de iluminação pública. 3. ed. Curitiba, 1998. ENERGISA. NTD-12 – Montagem de redes aéreas secundárias isoladas com cabos multiplexados. Brasil, 2002. _____. NTD-16 – Montagem de redes de distribuição aérea urbana trifásica 13,8 e 34,5 kV. Brasil, 2013.
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