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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR INSTITUTO DE TECNOLOGIA

FACULDADE DE ENGENHARIA ELTRICA

DISCIPLINA: INSTALAES ELTRICAS Prof.a: CARMINDA CLIA M. M. CARVALHO

CAPTULO 1- VISO GERAL DO SISTEMA ELTRICO

1.1- INTRODUO

A energia eltrica fornecida pelas concessionrias a ltima etapa de um processo que se inicia com a produo de energia pelas usinas geradoras, passa pelos sistemas de transmisso e de distribuio e chega ao seu destino final: os consumidores (figura 1.1):

Na etapa de gerao, energia no eltrica transformada em energia eltrica, utilizando-se, por exemplo:

Fig.1.1: Esquema simplificado de um sistema eltrico

13,8 kV

GERAO

138 kV; 230 kV

TRANSMISSO

DISTRIBUIO 13,8 KV

Instalaes Eltricas - Captulo 1: Viso Geral do Sistema Eltrico

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Usinas hidroeltricas: utilizam energia potencial e de presso da gua (figura 1.2).

Usinas termeltricas: utilizam energia trmica proveniente da queima de combustveis fsseis (carvo mineral e leo diesel), no fsseis (madeira, bagao de cana) ou outros combustveis, como o gs natural e o urnio enriquecido (usinas nucleares figura 1.3).

O sistema de transmisso o responsvel pelo transporte da energia, em tenses elevadas (69 kV; 138 kV), desde a gerao at o sistema de distribuio. Existem consumidores, no entanto, que so alimentados a partir dessas linhas (grandes consumidores). Nesse caso, as etapas posteriores de abaixamento da tenso so efetuadas pelo prprio consumidor.

Fig. 1.3: Usina Nuclear

Fig. 1.2: Usina Hidreltrica


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A rede de distribuio urbana constituda pelas linhas de distribuio primria e secundria (figura 1.4) e inicia nas subestaes abaixadoras, onde a tenso da linha de transmisso baixada para valores padronizados da rede primria (13,8 kV; 34,5 kV).

As linhas de distribuio primrias alimentam diretamente as indstrias e os prdios de grande porte (comerciais, institucionais e residenciais), que possuem subestao abaixadora prpria. As linhas de distribuio secundrias possuem tenses mais reduzidas (127/220 V ou 220/380 V) e alimentam os pequenos consumidores residenciais e as pequenas indstrias e oficinas, entre outros.

1.2- NVEIS DE TENSO

Os nveis de tenso utilizados nas redes de alimentao podem ser de trs tipos:

Extra-Baixa Tenso: so tenses de at 50V CA ou 120V CC. So instaladas em locais onde o usurio corre grande risco de sofrer choque eltrico. Exemplo: Iluminao subaqutica de piscinas.

Baixa Tenso: so tenses de at 1000V CA ou 1500V CC. No Brasil, as redes de distribuio das concessionrias operam com as seguintes tenses em corrente alternada:

- Para sistemas trifsicos a 3 ou 4 condutores:

127/220V; 220/380V; 120/208V (consumidores residenciais).

254/440V; 440V; 460V (uso industrial, oficinas ou casos particulares).

- Em redes monofsicas a 3 condutores: 127/254V; 220/440; 120/240V; 115/230V.

Fig. 1.4: Estrutura urbana com circuito primrio e secundrio


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Mdia e Alta Tenso: so as tenses maiores que 1000V CA ou 1500V CC (at 69kV considerada Mdia Tenso). No Brasil, as tenses CA podem ser de 3KV; 4,16KV; 6KV; 13,8KV; 24,2KV; 34,5KV; 69KV; 138KV; 230KV e 500KV.

Acima de 500KV deve ser realizado um estudo econmico para decidir a melhor opo entre tenso alternada e tenso contnua.

1.3- CONCEITO DE POTNCIA ATIVA, REATIVA E APARENTE

Potncia ativa: a potncia transformada em luz (pelas lmpadas), calor (pelos ferros eltricos, torneiras eltricas e chuveiros eltricos, por exemplo) e movimento (pelos motores eltricos). Sua unidade de medida o watt (W).

Potncia reativa: a potncia transformada em campo magntico. Ela aparece em circuitos de corrente alternada que contm transformadores, motores e reatores de lmpadas fluorescentes, por exemplo. Sua unidade de medida o volt-ampre reativo (VAr).

Potncia aparente: a potncia total fornecida pela concessionria aos consumidores. Constitui a soma vetorial das potncias ativa e reativa, conforme mostrado vetorialmente na figura 1.5. Sua unidade de medida o volt-ampre (VA).

Ento: S P Q= +2 2

Em circuitos com motores ou outros enrolamentos, a tenso se adianta em relao a corrente (figura 1.6). Ao cosseno do ngulo de defasagem entre a tenso e a corrente chama-se fator de potncia.

Fig. 1.6: Diagramas de defasagem entre tenso e corrente em um circuito indutivo

S Q

P

Fig. 1.5: Diagrama vetorial das potncias ativa, reativa e aparente

V

I

Icos

Isen

V, I

t

V I


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Da figura 1.5, tem-se: cos = PS

Ento, as expresses gerais da potncia aparente para os circuitos monofsicos, bifsicos e trifsicos so dadas por:

Circuitos monofsicos: S = Vfase-neutroI Circuitos bifsicos: S = 2Vfase-neutroI Circuitos trifsicos: S = 3Vfase-neutroI ou S = 3Vfase-faseI

Observao 1: A expresso P = VI vlida somente para circuitos de corrente contnua ou para circuitos monofsicos de corrente alternada com carga resistiva. Isso acontece nos equipamentos que s possuem resistncia, como: lmpadas incandescentes, torneiras eltricas e chuveiros eltricos.

Observao 2: 0 cos 1 ou, em termos percentuais: 0 cos 100%.

1.4- Sistemas com Harmnicos

A presena de harmnicos registrada atravs de deformaes presentes na tenso de alimentao do sistema ou na corrente absorvida por um equipamento de natureza no-linear. Sob condio de regime permanente, a decomposio da onda distorcida resulta em vrias ondas sobrepostas onda de freqncia nominal do sistema. A freqncia dessas ondas (denominadas de harmnicos) um mltiplo inteiro da freqncia nominal de operao da onda (freqncia fundamental). Por exemplo, se a freqncia de operao da onda fundamental for 60 Hz, o segundo harmnico encontra-se na freqncia de 120 Hz, a freqncia do terceiro harmnico ser de 180 Hz e assim por diante. Na figura 1.7 possvel identificar os componentes de 3a, 5a, 7a e 9a ordens (em percentual da corrente fundamental) da corrente absorvida por um dispositivo no-linear.

Figura 2.1: Decomposio harmnica de uma forma de onda no-linear

Figura 1.7: Decomposio harmnica de uma forma de onda no-linear

0 2 4 6 8 10 12 -1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

ngulo, em radianos

Ih / I1

terceira ordem

fundamental

quinta ordem

stima ordem nona ordem


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Com isso, alguns conceitos importantes relacionados anlise do problema de harmnicos podem ser definidos:

- Taxa de Distoro Harmnica ou THD (Total Harmonic Distortion): indica o quanto uma forma de onda se apresenta deformada em relao onda perfeitamente senoidal do valor fundamental. Pode ser calculada em relao tenso (THDv%) ou corrente (THDi%) como:

%100V

V%THD x

1

2h

2h

v

=

= %100I

I%THD x

1

2h

2h

i

=

=

onde: Vh: tenso harmnica de ordem h V1: componente fundamental da tenso Ih: componente harmnica de ordem h da corrente I1: componente fundamental da corrente

- Fator de deslocamento: cosseno do ngulo de defasagem entre as componentes fundamentais da corrente e da tenso de entrada. calculado em funo da potncia ativa e da potncia aparente, ou seja:

111

111

1

1 cosIV

cosIVSP

FDx

x ===

onde: P1: potncia ativa consumida para h =1 S1: potncia aparente consumida para h =1 1: ngulo de fase da fundamental

- Fator de potncia: calculado em funo da potncia ativa total e da potncia aparente total, incluindo os harmnicos, ou seja:

IV

dt)t(i)t(vT1

SPFP

x

T

0

==

onde: V: valor eficaz da tenso v(t). I: valor eficaz da corrente i(t).

Para tenso de alimentao puramente senoidal, o fator de potncia pode tambm ser definido de acordo com a equao a seguir:

2i

11

11

THD1FD

cosII

cosIVIV

FPx

x

+===

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