Instalações eléctrica (proposta)

UNIPIAGET – ANGOLA – ELECTROMECÂNICA

Instalações eléctricas

Engenharia electromecânica4ºAno

Elaborado Colaborador

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Professor Doutor Pedro Kuma Diatilo Finalista do curso de electromecânica Edvaldo Tomás Boaventura

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Prof. Doutor Pedro Kuma Diatilo Edvaldo Tomás Boaventura

(Finalista do curso de electromecânica)

Unipiaget - 2006

Índice Capitulo #1 – Considerações sobre o conceito de energia eléctrica

Dados principais para a estatística da energia eléctrica (%). Cobre Influencia da temperatura sobre a resistividade Dilatação linear do cobre com a variação da temperatura Propriedades mecânicas Variação da resistividade com a resistência mecânica Peso especifico Modulo de elasticidade Aumento do esforço do condutor Coeficiente de dilatação com a temperatura para o condutor

composto Alumínio Ferro e aço Ligas para resistências eléctricas Resistividade de volume e de massa Supercondutores Condutores industriais. Tipos gerais e nomenclatura Tipos de fios e cabos Enrolamentos Condutores para maquinas eléctricas Condutores para tracção eléctricas Tubos e barras Cabos Efeito cortical (Skin effect) Emprego de condutores nus Instalações de barras Linhas aéreas Isoladores. Nomenclatura Grupo de ligação de enrolamentos Protecção contra correntes de linhas eléctricas Protecção de ligação à terra Protecção com ligação constante com fio neutro Construção de dispositivos de ligação à terra Protecção de relé e automático


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Exigências para com o relé de protecção Relé de protecção da rede radial Tipos de redes Rede eléctrica. Definição As exigências às redes eléctricas Classificação das redes eléctricas Elementos das redes eléctricas Esquemas de ligação de redes eléctricas Esquema de distribuição eléctrica da fábrica Esquema de distribuição de energia de zona de cidade

(urbana) Esquema de alimentação da rede de 110-220 Regulação da tensão Cálculo de secção de um distribuidor fechado do que se derivam diferentes

consumidores Cálculo das secções de um distribuidor aberto ramificado Exercícios de aplicação Cálculo de dispositivos da terra Cálculo de dispositivos da terra Cálculo de dispositivo da terra nas instalações eléctricas superior a 1kV com

neutra terra efectivo Cálculo do fio neutro

Capitulo 2 – Protecção de sistemas Protecção de geradores Protecção de transformadores Protecção de barramentos Protecção de linhas Protecção temporizada Analise de protecção de linhas Sistema radial com vários consumidores Sistema com alimentação bilateral e vários consumidores Protecção de geradores Esquema de protecção de gerador Protecção diferencial do estator contra curto – circuito. Protecção diferencial do estator contra C.C entre espiras

Capitulo 3 – Estações eléctricas As estações eléctricas, que contribuem na produção de energia

eléctrica Central eléctrica de condensação térmica (C.E.C.T) Central hidroeléctrica. (C.H.E) Central eléctrica de calefacção (C.E.C) Central eléctrico atómico (C.E.A) Estação de turbina a gás (E.T.G) Estação Diesel (E.D) Estação eólica Estação solar (E.S) Estação Geotermal (E.G) Esquema de ligação eléctrico de estações e subestações

eléctricas.


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Escolha de elementos principais Esquema dos dispositivos de repartição (D.R). Esquema de ligação eléctricas de central termo – eléctrico

(C.T.E).Capitulo 4 – Luminotecnia.

Parâmetros da luz Exemplos de fluxos luminosos Nível de iluminação Exemplos de níveis de iluminação: Intensidade luminosa Exemplos de intensidade luminoso: Luminância Exemplo de luminãncia: Lâmpadas e seus componentes Lâmpadas de incandescentes Lâmpadas fluorescentes Lâmpadas fluorescentes a cátodo quente a média tensão. Lâmpadas fluorescentes de cátodo frio Lâmpadas de bulbo fluorescentes. Lâmpadas a vapor de sódio e mercúrio.A energia é a medida do produto da potência pelo tempo (em

segundos). E temos como unidade o Joule (J).Muitas das vezes na prática usa-se o Watt-hora (Wh) possuindo o

múltiplo kilowatt-hora (kWh), que é a energia fornecida durante uma hora por uma potência de 1 kW.

E = P.t (Joule)

Nos sistemas trifásicos, temos a energia dividida em dois componentes que são :

- A parte activa: energia activa medida em Kwh;- A parte reactiva: energia reactiva medida em KVArh;A potência eléctrica, cuja unidade é o watt (W), é o produto de

tensão V pela intensidade de corrente (I):

P=V.I (W)

A potência nos circuitos indutivos onde podemos distinguir:

- A potência activa: P = V.I.Cos (Watt, W);

- A potência reactiva: Q = V.I.Sen (Volt -Ampere Reactivo, VAr)


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CAPITULO

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- A potência aparente: S = V.I= (Volt-ampere, VA)

Nos sistemas trifásicos, as potências activa, reactiva e aparente são dadas pelas seguintes expressões:

- Potência activa: P = V.I.Cos (W);-- Potência reactiva: Q = V.I.Sen (VAr)

- A potência aparente: S = V.I= (VA)

Em circuitos indutivos considera-se o Cos como o factor de potência:

Cos = (W/VA), donde: representa a diferença de fase ou

desfasamento.

A energia eléctrica possui uma cadeia principal constituída por: produção, transporte, distribuição e consumo.

1) Produção

Centrais de produção principais: Hidráulicas, Térmicas (carvão, combustíveis líquidos, gás), Nucleares, etc.

A energia é gerada nos alternadores a tensões de 3 a 36 kV em corrente alternada.

Nas centrais de produção angolanos até médios de 2006 varia de (X1 a X2) Kv

2) Estação Elevadoras

As tenções geradas são elevadas em:Ex: 66 - 110 - 132 - 220 – 380 KV.No caso de Angola em:

3) Rede de Transporte (transporte em grandes distancias)

Exemplo de tensões utilizadas: 110 – 132 – 220 – 380 KVEm Angola são de:

4) Subestações de Transformação: servem para reduzir as tensões do Transporte em tensões de distribuição para o consumo.

Em Luanda temos como exemplos de S.T. de …


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5) Redes de Distribuição: são redes que partem das subestações de transformação de repartição para da energia até as estações transformadoras de distribuição.

As tensões utilizadas são: 25 – 30 – 45 – 66 – 110 – 132 KV.Ex: redes de distribuição de S.E X1 à S.E X2, S.E X3 à S.E X4,…

6) Subestações Transformadoras de Distribuição: servem para transformar a tensão desde o nível da rede de distribuição ate a rede de distribuição em media tensão.

Ex:7) Redes de Distribuição em Média Tensão:Tensões utilizadas: 3 – 6 – 10 – 11 – 15 – 20 – 25 – 30 KV

8) Centros de Transformação: servem para reduzir a tensão da rede de distribuição de media tensão ao nível da rede de distribuição de baixa tensão.

9) Rede de Distribuição de Baixa Tensão: redes que alimentam os distintos receptores, constituindo a ultima escala da distribuição da energia eléctrica.

As tensões utilizadas são: 220/127 V e 380/220 V

10) Consumo: é a transformação da energia eléctrica em qualquer outra forma de energia que se necessita.

DADOS PRINCIPAIS PARA A ESTATÍSTICA DA ENERGIA ELÉCTRICA (%)

1- A quantidade total dos consumidores da energia.2- O consumo industrial em relação ao consumo total3- O consumo domestico4- O consumo de comércio e serviços5- O consumo agrícola e ganadeira6- O consumo dos transportes7- O consumo da iluminação publica

O consumo médio anual da energia eléctrica CMAEE por cada habitante é de x (Kwh):

Em Angola ainda existe uma estatística concreta sobre CMAEE por cada habitante.

N.B: Em certos países Europeus multiplicando variam entre (2,900 – 11,087) Kwh.

O número de habitantes por consumo médio de cada habitante, permite nos conhecer aproximadamente o consumo doméstico.

A produção da energia eléctrica ao longo do ano:


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Para determinarmos aproximadamente a qualidade de produção necessária, tomemos em consideração os dados principais para estatística da energia eléctrica.

Produção necessária por hora =

Tomamos em consideração que estes valores são médios, em hora pico estes chegam a ser superior a um coeficiente n vezes ao valor médio. É por isso que deve-se sempre multiplicar o valor da produção total com este coeficiente n.

A potência instalada no país pode ser representada da seguinte forma:

Potência Instalada (ano)

MW %

- Fontes Principais ou fundamentais- Fontes renováveis

-

-

-

-

Total - -

Com o aumento do nível de vida, tecnologia e população, os requisitos de electricidade vão crescendo anualmente.

As crises económicas diminuem os requisitos.Pode-se também fazer o levantamento do nível de produção de

cada central de produção quer fundamentais como renováveis.Daí faz-se conclusão anual, i.e., se foi positiva ou negativa.Os materiais principais utilizados para (o transporte) a construção

de uma linha de transporte são Cobre e Alumínio.Estes dois materiais servem ou são utilizados para o transporte e

distribuição de energia eléctrica. Dificilmente pode-se definir qual deles é mais adequado. Realizam-se muitos estudos e analises para as vantagens e desvantagens de cada um deles.

As características do cobre e do alumínio são:

ALUMINIO COBREResistividade () 0,03 mm2/m 0,018 mm2/m

Densidade (d) 2,7 Kg/dm3 8.8 Kg/dm3

Carga de Rotura () 15 Kg/mm2 25 Kg/mm2

Calor Especifico (C) 0.21 0.09


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Custo (preço) (P) X (Kz/Kg) 2X (Kz/Kg)

Vimos que resistividade de cobre é menor que do Alumínio, a densidade do cobre é muito superior ao do alumínio, a carga da rotura do cobre é superior a do alumínio, o calor especifico em relação a agua é inferior em cobre que em alumínio e o preço é o dobro em cobre que o do alumínio.

Entre materiais utilizados para energia eléctrica, encontramos dois campos principais, isto é, materiais isolantes e condutores.

Quando existe diferença de potencial eléctrico entre dois corpos metálicos, separados um do outro, e com uma comunicação por meio de um terceiro corpo metálico, neles deslocarão as cargas eléctricas ou a corrente eléctrica.

O terceiro elemento chama-se condutor eléctrico.Se o terceiro elemento for um corpo isolado, não haverá a

circulação de corrente eléctrica.Existem materiais ou corpos que não pertencem em nenhuma

dessas duas classes e são os semicondutores, os maus condutores ou maus isolantes, cuja condutibilidade vária conforme os casos.

Exemplo de materiais:- Condutores – todos os metais.- Maus condutores ou maus isolantes – madeira húmida, álcool.- Semicondutores – germânio, silício, selénio, óxido cuproso.- Isolantes – quartzo, mica, enxofre, resinas, porcelana, vidro,

parafina, seda, borracha, ar e todos os gases.COBREO cobre é o de maior importância industrial, cuja resistividade é

somente maior que a da prata.O cobre utilizado para condutores eléctricos é o cobre

electrolítico, contendo 99,9% ou mais de cobre puro, obtido em lingotes. O cobre electrolítico é transformado mecanicamente em vergalhões e fios, barras e tubos. Com os fios são formados os cabos e as cordoalhas.

Para a fabricação dos condutores, o cobre sofre dois tratamentos, originando assim o cobre duro e o cobre mole ou recozido; entre esses temos o cobre meio duro.

Resistividade e Condutibilidade

Quanto a condutibilidade e resistividade, o cobre recozido apresenta menor resistividade que o cobre duro.

Em 1913 o cobre com resistividade de m=0,15328 ohm (metro, grama) a 20ºC foi considerado como padrão internacional do cobre recozido. E os valores equivalentes, para a temperatura de 20 ºC.

v= =0,017241 ohm (metro, mm2)= 1,7241 micro ohm – cm =


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= 58 Siemens (metro, mm2), dondem é a resistividade de massa e v de volume.

TIPOS DE COBRE UTILIZADOS:

Tipos de fios de cobre Resistividade(micro ohms - cm)

Condutibilidade(padrão 100%)

Fios de cobre recozido 1,7564 98, 16%Fios de cobre meio duro:- Diâmetro até 8,24 mm- Diâmetro> a 8,24 mm

1,78371,7654

96,6697,66

Fios de cobre duro:- Diâmetro até 8,24 mm- Diâmetro> a 8,24 mm

1,7931,7745

96,1397,16

Geralmente em cálculos para o cobre duro utiliza-se a condutibilidade de 97,3% do padrão.

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA SOBRE A RESISTIVIDADEResistência de um condutor à temperaturaθ0C

Donde: K=234,5 para Cu recozido (100%) K=242 para Cu duro (97,3%) Rθ – resistencia inicial do condutor à temperatura θ0C; θ –

temperatura final.Para o cobre com 100% de condutibilidade

=0,00427 (para 0=0ºC) Cu (100%) = 0,00393 (para 0=20ºC) Cu (100%)

=0,00385 (para 0=25ºC) Cu (100%)

R – coeficientes de temperatura para a resistência, depende da temperatura de referência e do tipo de cobre.

O coeficiente de temperatura para a resistênciadonde:

θR – temperatura de

referencia final θ0 – temperatura de

referencia inicialPara o cobre padrão:


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o= 0ºC; o = 0,00427; R=20ºC tem-se:

Sendo R0/t1 = θ0 ; R θ0/tr = θ = Rθ = R0 [1+α0 (θ – θ0)] = RR [1+αR (θ – θR)]

Rθ RR - Rr = R0 [1+α0(θr – θ0)] t=θR

Rθ θR αR Rθ =RR [ 1+αR(θ – θR)]/t=θR, αR

Para o cobre cuja condutibilidade seja n% do padrão para a formula Rθ=R0 [1+α (θ-θ0)]

nαUtiliza – se αn = ------ 100

É preciso notar que o coeficiente K é independente da temperatura de referência.

1Para o cobre recozido donde K = 234,5 o valor de Rθ = --------------- 0,004264.

DILATAÇÃO LINEAR DO COBRE COM A VARIAÇÃO DA TEMPERATURA

Para os limites comuns da temperatura

L= Lo [1 + K´ ( - o)]

L0= comprimento do condutor à tº o ºC

Lθ= comprimento do mesmo condutor à tº o ºC

K´= coeficiente de dilatação térmica = 16,6x10-6 para Cu.

PROPRIEDADES MECÂNICAS

O cobre recozido não apresenta limite de elasticidade definido. O estiramento a frio aumenta a resistência à tracção o que corresponde ao aumento de carga de ruptura. O limite de elasticidade varia entre 50% e 60% do limite de ruptura, sendo em geral maior para fios mais finos.

O valor do módulo de elasticidade varia entre 1x106 e 1,3x 106

kg/cm².


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O aumento de comprimento de uma barra ou um fio de cobre esticado, ao variar o esforço de tracção é calculável pela fórmula:

L= comprimento correspondente ao esforço T.L= comprimento correspondente ao esforço To.

E= Modulo de elasticidade.A= Secção.

VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE COM A RESISTENCIA MECÂNICA

A resistividade e a resistência mecânica do cobre duro são maiores que do cobre recozido.

Para o calculo da resistência eléctrica, quando o limite da ruptura está compreendido entre 3100 a 4640 kg/cm2:

P = aumento percentual da resistência eléctrica de um fio de cobre duro em relação à resistência eléctrica de um fio da mesma secção e o mesmo comprimento, de cobre recozido, à mesma temperatura.

T= limite de ruptura do fio de cobre duro considerado, em kg/cm2

PESO ESPECÍFICO

Para o cálculo usa-se o valor de peso específico do cobre igual a 8,89 gramas por cm3, a

20 ºC (fios nus de cobre para fins eléctricos).Existem também condutores compostos, formados por condutores

diferentes.

CONDUTORES COMPOSTOS (TEMA)

MODULO DE ELASTICIDADE

Donde:E= modulo de elasticidade do condutor compostos (Ex: cabo de Al

com alma de aço).Es= modulo de elasticidade de um dos componentes (Ex: em fio de

aço que forma a alma do cabo).


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Ea= modulo de elasticidade do outro componente (Ex: fios de Al).As – Secção do primeiro componente.Aa – secção do segundo componente.

Com ajuda da formula do aumento de comprimento de uma barra ou um fio de cobre esticado ou variar o esforço de tracção, pode – se calcular o aumento do esforço no condutor S (ΔTs) necessário para produzir o alongamento ΔL do condutor, cujo comprimento inicial é Lo.

L0 Comprimento inicial.

No condutor A o aumento de esforço para o mesmo alongamento.

O aumento total de esforço

No condutor composto, que é equivalente a um condutor simples, de secção (As + Aa) o aumento do esforço seria:

Igualando ΔT1 e ΔT2 teremos:(As + Aa) E= AsEs + AaEa

Resultante do módulo de elasticidade de um condutor composto.

N.B- o valor do módulo de elasticidade é importante no cálculo mecânico de linhas aéreas; devem ser utilizados os dados fornecidos pelos fabricantes de fios e cabos.

COEFICIENTE DE DILATAÇÃO COM A TEMPERATURA

Para o condutor composto:

Donde:K´s e Ká = coeficientes de dilatação com tº dos condutores

componentes S e A

O alongamento:


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1) ou 2) a partir do

aumento

Total de esforço

A partir do 1) e 2) obtemos ΔT = Ќ(As.Es+Aa.Ea)Δθ~

Assim:Ts= K´s.As.Es. → corresponde ao componente STa= Ká .Aa .Ea . → corresponde ao componente a.

Sendo:T= Ts + ·Ta= (K´s.AsEs + Ká.Aa.Ea); depois de certos

desenvolvimentos

obtemos:

ALUMINIO

Vejamos a tabela de comparação entre alumínio e cobre.

Propriedades Alumínio CobreCondutância para o mesmo

volume63 100

Volume para mesma condutância

159 100

Diâmetro para mesma condutância

126 100

Peso para o mesmo volume 30,4 100Peso para a mesma

condutância48,3 100

Resistência mecânica (ruptura) 26 100

As propriedades do alumínio também dependem dos tratamentos térmicos e mecânicos.

O alumínio é mais utilizado sob a forma de cabos compostos de fios de aço e de alumínio.


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Diferentes tipos de alumínio conformem a sua condutibilidade

Alumínio Condutibilidade a 0ºC K“ 55 0,00332 252,5“ 59 0,00423 236“ 60 0,00431 231“ 61 0,00438 228“ 62 0,00446 224“ 63 0,00454 220“ 65 0,00470 212,5

Alumínio padrão

100 0,00427 234,5

FERRO E AÇO

A resistividade do ferro ou do aço é 6 a 7 vezes maior a do cobre ou mesmo mais.

Materiais estruturais, magnéticos, condutores eléctricos

Aplicação de ferro e aço como condutores:- Ligações de trilhos ou bondes- Ligas de ferro (resistências para aquecimento eléctrico ou

confecção de reóstatos)- Nas linhas aéreas (aço recoberto de cobre, alumínio com alma

de aço)- Linhas de correntes fracas (aço galvanizado)

LIGAS PARA RESISTENCIAS ELECTRICAS

Constituintes principais:Carbono – cobre – cromo – ferro – manganês – níquel – silício –

zinco.Exemplo:

Níquel - cromo - nichrome V, Ni - Cr; a 20º =1,08 Ohm-metro-mm2; =0,00011

Ferro – Níquel – Ni – Var, Fe – Ni, =0,803 ohm-metro-mm2; =0,00135.

Cobre-Níquel-Advance, Cu-Ni, =0,49 ohm-metro-mm2; = 0,00002.(resistividade menor, não resistem tão bem as altas temperaturas)


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LIGAS DOS FUSÍVEIS (consultar fabricantes ou manuais especializados)

Contribuintes principais:- Bismuto- Cádmio- Chumbo- Estanho- Prata e outros materiais

Ligas Fusíveis (*)

Composição Ponto de Fusão

Bi Pb Sn Cd Hg 0C20 20 - - 60 2050 27 13 10 - 7252 40 - 8 - 9253 32 15 - - 9654 26 - 20 - 10329 43 28 - - 132- 32 50 18 - 145

50 50 - - - 16015 41 44 - - 16433 - 67 - - 16620 - 80 - - 200(*) – Standard Handbook for electrical engineers, sec.4

Com a elevação de temperatura acima do ambiente, o calor perdido pelo condutor pode ser calculado pela lei de Newton:

W= .A.e.tW – energia emitida - Elevação de temperaturaA- Superfície do condutore - emissividade da superfíciet - tempo

Potência transmitida por um fio redondo:

donde : d – diametro de fio

l – comprimento de fio

Potência transformada em calor por efeito de Joule:

P=I2.R


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A resistência corresponde a formula:

depois do desenvolvimento obtemos:

Ou pela formula de Preece

Em que corresponde ao coeficiente de Preece.

I corrente necessária para fundir um fio de diâmetro dado é calculado, conhecendo o valor de a ou conhecendo a corrente, pode ser calculado o valor do diâmetro dum fio a ser fundido por ela..

Valores do coeficiente de Preece para alguns metais e algumas ligas:

MATERIAL DIÂMETRO DO FIO Cobre 10244

Polegadas80 mm

Alumínio 7585 Polegadas

59,3 mm

Liga de Cobre – Níquel (60:40) 5680 Polegadas

44,4 mm

Prata alemã 5230 Polegadas

40,9 mm

Platina 5172 Polegadas

40,4 mm

Ferro 3148 Polegadas

24,6 mm

Estanho 1642 Polegadas

12,83 mm

Chumbo 1379 Polegadas

10,77 mm

Liga chumbo – estanho (2:1) 1318 Polegadas

10,30 mm

N.B – para diâmetro do fio em mm, a é igual:

Donde: a´ – valor do coeficiente para diâmetro em polegadas.


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Carbono e Grafite – são de aplicações geralmente na fabricação de eléctrodos e de escovas para máquinas rotativas (redução da resistência eléctrica com elevação da temperatura).

RESISTIVIDADE DE VOLUME E DE MASSA

A resistividade de volume ρV ou simplesmente resistividade ρ- resistividade de um condutor ( =1 e S uniforme=1)ℓ

Volume do condutor:

Massa do condutor:

Sendo P o seu peso especifico.

Resistividade de massa ρm - resistência eléctrica de um condutor (l = 1, M=1 e S- uniforme)

; ; ; ;

Para o Cu padrão a 25ºC: Pv = (ohm, metro, mm2)

Volume V= 1 metro x 1milimetro quadrado = 1 centímetro cúbico = 1m x 1mm2= 1 cm3.

O peso específico de Cu sendo 8,89 M=8,89 gramas (massa do fio)

(ohm, metro, gramas).

SUPERCONDUTORES

A resistência eléctrica dos materiais tipicamente condutores decresce com a diminuição da temperatura (Ex.: mercúrio e chumbo) mas não para outras substâncias condutoras. (Ex.: cobre, ouro)

CONDUTORES INDUSTRIAISTIPOS GERAIS E NOMENCLATURA

Os lingotes de material condutor podem ser de secção: circular, quadrada, rectangular, trapezoidal, etc.

Fios: nus e isoladosOs lingotes de material condutor são transformados pelos

processos de laminação, trefilação, em condutores industriais.

Os condutores podem ser de secção: circular, quadrada, rectangular, trapezoidal, etc.


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TIPOS DE FIOS E CABOS

Fio – é um corpo metálico estirado, geralmente de forma cilíndrica e de secção circular.

Condutor – é um fio ou conjunto de fios não isolados entre si, que serve para conduzir a corrente eléctrica.

Fio nu – é aquele que não leva nenhum tipo de revestimento isolante.

Fio isolado – é um fio revestido de material isolador (protegido por uma capa)

Cabo – é um conjunto de condutores isolados de grupos de fios isolados ou não entre si.

Cabo nu – é o cabo sem revestimento isolante de qualquer natureza

Cabo isolado – é um cabo em que um grupo de fios ou cada fio ou cada grupo de fios é revestido de material isolante, (conjunto protegido por uma capa).

Cabo simples (single) – é um cabo isolado de um único condutor.Cabo múltiplo – é um cabo isolado formado de vários condutores.Cabo sectorial – é um cabo múltiplo cuja forma da secção

transversal de cada cabo aproxima – se de um sector circular.Cabo armado – é um cabo isolado, provido de uma armação.Cordão flexível – é um cabo múltiplo de secção transversal

pequena, muito flexível.Fio paralelo – é um conjunto de dois fios isolados, de pequena

secção transversal, colocados paralelamente e protegidos por uma capa comum. (cabo)

ENROLAMENTOS

Enrolamento – é a disposição dos fios em grupos de fios que formam um cabo.

Sentido do enrolamento – para a direita ou para a esquerda.Passo do enrolamento – é a projecção axial do comprimento de

uma volta completa de um fio, ou de um grupo de fios, que formam um cabo.

Coroa – é a disposição em elipse num cabo, formado por camadas de fios ou grupo de fios.

Cabo de encordoamento simples – é um cabo formado por uma ou mais coroas de fios (cabo nu e cabo simples), ou de cabos isolados (cabo múltiplo) dispostos em hélice em torno de um eixo ou núcleo central condutor ou não.

Cabo de encordoamento composto – é um cabo nu ou simples, formado por uma ou mais coroas de cabos nus dispostos em elipse em torno de um eixo ou núcleo central, condutor ou não.

Cabo em feixe – é um cabo formado pela reunião de fios praticamente rectilíneos, dispostos paralelamente. Esse conjunto, em geral recebe uma tensão.


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DIVERSOS

Isolamento (de um fio ou cabo) – é o material aplicado ao redor dos fios ou cabos e destinado a isola-los electricamente entre si, ou da terra.

Fio isolado componente – é um dos fios isolados que formam um cabo múltiplo.

Cabo componente – é um dos cabos isolados que formam um cabo múltiplo.

Parede isolante – é o isolamento de cada um dos fios isolados componentes ou cabos componentes de um cabo múltiplo.

Cinta isolante – é o isolamento que envolve todos os fios isolados componentes ou cabos componentes de um cabo múltiplo, separando-os electricamente da terra ou de outros corpos estranhos, geralmente é revestida por uma capa.

Enchimento – é o material usado em cabos múltiplos para preencher os espaços entre fios isolados e cabos componentes, de modo a constituir um conjunto de forma desejada.

Capa – é o invólucro protector aplicado sobre o isolamento dos fios ou cabos

Armação – é uma protecção suplementar aplicada a certos cabos isolados, constituída de fios ou fitas metálicas.

Cocha – é um cabo nu destinado á formação de um cabo de encordoamento composto.

Cocha principal – é um cabo de encordoamento composto, destinado á formação de um outro cabo de encordoamento composto.

Perna – é um dos fios de um grupo de fios não isolados entre si, que entra na composição de um cabo.

Secção transversal de um fio – é a área de secção normal ao eixo do fio.

Secção transversal de um cabo nu e de um cabo simples – é a soma das secções transversais dos fios componentes do cabo.

Secção transversal de um cabo múltiplo – é a secção transversal de cada cabo componente.

FIOS

Os diversos países adoptam padrões diferentes para as secções de fios e cabos.

As secções padronizadas são indicadas pelas escalas de fios e cabos.

As unidades utilizadas são as adoptadas nos respectivos países (milímetros, polegadas, etc.)

CONDUTORES PARA MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Com o objectivo de economizar o espaço, oferecer a maior superfície para a irradiação do calor ou permitir maior rigidez,


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frequentemente são utilizados condutores de secção quadrada ou rectangular e redondas nos enrolamentos das máquinas eléctricas. Os ângulos dos condutores de secção quadrada ou rectangular são arredondados. O material mais usado é o cobre recozido.

CONDUTORES PARA TRACÇÃO ELECTRICA

Nas linhas aéreas para a tracção (transferência) eléctrica usam-se os fios ranhurados ou de secção 8, em geral de cobre duro ou de bronze, do qual existem vários tipos.

TUBOS E BARRAS

Na construção das barras das centrais geradoras e das subestações utilizam condutores sob a forma de tubos ou barras de secções diferentes que devem atender os requisitos eléctricos, mecânicos e térmicos.

O cobre e o alumínio são de maior empregoOs tipos utilizados são:

a- barra chata e,f- barra Ub- vergalhão g- cantoneira


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c- tubo redondo h- cantoneirad- tubo quadrado

CABOS

São formados pelo torcimento de vários fios, cuja secção e cujo número dependem da secção do cabo e da flexibilidade que este deve ter.

O número de fios geralmente empregados na confecção ou fabricação de cabos são:

3-7-12-19-37-61-91-127Pode também haver cabos com número diferentes desses.Na série de cabos em cima para além de 3e 12, os outros números

correspondem a 1,2,3,4, … Coroas de fios do mesmo diâmetro sobreposto a um fio central; o conjunto apresenta uma simetria hexagonal

1 Fio central….......................1….............................= 11 Fio central + 1 coroa…......1 + 6…........................= 71 Fio central + 2 coroa…......1 + 6 + 12…................= 191 Fio central + 3 coroa…......1 + 6 + 12 + 18…........= 371 Fio central + 4 coroa…......1 +6 + 12 + 18 +24….= 61

O torcimento dos fios de cada coroa é de sentido contrário ao da coroa precedente.

Os cabos de 3 e 12 fios apresentam simetria ternária.Os fios podem ser do mesmo diâmetro (secção) ou de secção

diferentes.As secções dos cabos podem ser circulares, rectangulares, etc.Devido ao torcimento, o comprimento dos fios que formam um

cabo é maior que o do cabo por eles constituído; disto resulta ser a


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resistência eléctrica do cabo maior que a de um fio único de secção do cobre igual á secção do cobre total do cabo.

EFEITO CORTICAL (SKIN EFFECT)

A resistência eléctrica que um fio ou cabo oferece a circulação de correntes alternativas é maior que a oferecida pelo condutor á corrente contínua, embora a resistividade seja evidentemente a mesma para dada temperatura.

O efeito cortical ou pelicular é mais acentuado quanto maior for a secção do condutor e mais elevada a frequência da corrente; assim como com a variação da temperatura do condutor.

A corrente alternativa origina fluxos magnéticos alternativos os quais induzem forças electromotrizes também alternadas no próprio condutor.

Para reduzir o efeito cortical empregam-se condutores ocos (tubos). Ex.:

1- Sectores de fios de cobre2- Papel impregnado de óleo entre os sectores


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3- Idem para o isolamento do cabo4- Camisa de chumbo

Na electrotecnia existe uma cadeia de problemas relacionados a que se chama cadeia de energia.

A cadeia de energia é composta em:- Produção- Transporte- Distribuição- Consumo

1) PRODUÇÃO- transformação de energia qualquer em energia eléctrica.

A energia eléctrica pode ser obtida com ajuda das energias: hídrica, térmica, eólica, solar, química, atómica, etc.

Corrente continua (dínamos)

- Peça móvel (rotor ou armadura conforme o caso)- Parte fixa (estator ou indutor conforme o caso)- Eixo vertical ou horizontal conforme a máquina primária que os

acciona.Se não houver a incompatibilidade absoluta entre a velocidade da

máquina primária e do gerador, as máquinas são acopladas directamente, se houver terá de se promover um sistema de transmissão de movimentos convenientes.


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Energias fundamentaisEnergias Renováveis

Energias Mecânica Energias Eléctrica

Máquinas eléctricas adequadas (geradores)

- Barragens- Turbinas- Ventiladores- Placas Solares(sistemas fotovoltáicos)

Corrente alternada(alternadores)

Monofásicos ou Polifásicos

Máquinas primárias (transformação de energia qualquer em mecânica) accionar a máquina eléctrica geradora


O primeiro caso é mais frequente; o segundo em casos particulares.

Os centros de produção são chamados centrais que compreendem os grupos de máquinas primárias/gerador diferenciando-se de acordo a energia aproveitada e com a potência instalada. Neste caso temos:

Centrais: - Térmicas- Hidráulicas- Atómicas- Diesel - Eólicas- Maré-motrizes, etc.

As máquinas geradoras de corrente alternada recebem a designação genérica de alternadores e são essencialmente máquinas do tipo síncrono.

2) TRANSPORTE – é a transferência da energia eléctrica de um ponto para outro, conservando as propriedades, isto é, com menos perdas de forma que a energia da chegada seja igual à energia da partida.

Existem certas vantagens e desvantagens entre as correntes (contínua ou alternada). De facto as máquinas geradoras revestem-se quase do mesmo grau de dificuldade de construção quer sejam de corrente contínua quer de corrente alternada.

Para o transporte da energia eléctrica, os sistemas de corrente alternada apresentam uma grande vantagem, pois que são máquinas que permitem alterar as características da corrente, permitindo fazer as alterações dos valores das respectivas tensões e intensidades.

Isto ocorre com ajuda do transformador, que pode ser monofásico ou polifásico de tensão ou corrente. Não existe uma máquina correspondente em C.C.

A energia eléctrica pode ser transportada por linhas aéreas ou por cabos subterrâneos. Um e outro sistema têm as suas vantagens e inconvenientes.

A linha eléctrica é composta de: condutores, isoladores e suportes.

3) DISTRIBUIÇÃO da energia é a transferência de energia de um ponto para onde foi transportada ou onde é distribuída para um conjunto de pontos de consumo.

A distribuição de energia pode ser feita por qualquer dos seguintes sistemas:

Corrente contínua a dois fios Corrente contínua a três fios Corrente alternada monofásica – à dois condutores (1 fase e 1

neutro) Corrente alternada bifásica – à três condutores (2 fases e 1

neutro)


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Corrente alternada trifásica – à três ou quatro condutores (3 fases ou 3 fases e 1 neutro)

Corrente alternada a dois fios (2 fios)

4) CONSUMO é a transformação de energia eléctrica em qualquer outra forma de energia que se pretenda obter a custa daquela.

A distribuição de energia é feita pelas redes ou ramais de entradas

Segurança de fornecimento: Estar sempre disponível. Dispositivos de protecção Máquinas de reserva

EMPREGO DE CONDUTORES NUS

O emprego dos condutores eléctricos requer sempre a utilização de algumas substâncias isolantes; todo condutor deve ser acompanhado de um isolante.

Os condutores industriais segundo as suas aplicações são classificados para:

- Estações geradoras e subestações;- Transmissão e distribuição de energia eléctrica;- Fiação (instalação) de edifícios;- Telefonia e telegrafia;- Sinalização eléctrica;- Máquinas eléctricas rotativas;- Transformadores e reactores;- Instalações especiais: em navios, automóveis, aviões, etc.


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Em certas aplicações, utilizam-se condutores nus. Estes são de distância em distâncias presos ou apoiados a isoladores montados sobre suportes adequados (postos). Estes são: as barras nuas das centrais geradoras e subestações, os fios e cabos nus das linhas de transmissão (uns e outros acompanhados de isoladores, geralmente de porcelana e de vidro), os trilhos das estradas de ferro electrificados, isolados do solo pelos dormentes de madeira, etc.

Todo condutor nu é suportado por isoladores convenientemente espaçados - de alta classe, como os de porcelana, onde se utilizam tensões elevadas - de resistência de isolamento inferior, porem suficiente para emprego visado, como madeira, quando as tensões de serviço são suficientemente baixas. Entre os isoladores que o suportam, o isolante do condutor nu é o ar atmosférico.

Ao contrário dos condutores nus, empregam as barras, fios e cabos isolados, nestes, o isolador é aplicado sobre toda a extensão do condutor. Os isoladores podem ser de papel, esmalte, borracha, etc.

INSTALAÇÕES DE BARRAS

Duas são as aplicações gerais de condutores nus: nas barras das estações geradoras e das subestações; nas linhas aéreas.

Quando as barras são de grande secção, correspondente a correntes internas, os esforços mecânicos consequentes a essas correntes exigem que as barras possuam apoios muito próximos. Para esses apoios são utilizados isoladores especiais, geralmente de porcelana, de construção robusta e que podem ser classificados como isoladores pedestal.


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As tensões de utilização desses isoladores raramente são superiores a 3000 voltes (corrente continua) ou 6600 voltes (corrente alternada), a sua utilização faz-se geralmente em locais abrigados.

Quanto mais elevadas são as tensões menos intensas são as correntes, por sua vez menores secções de barras serão necessárias e maior espaçamento entre os respectivos suportes.

Empregam-se então isoladores de pino. As instalações modernas deste tipo são geralmente externas em consequência do espaçamento necessário entre as barras.

A construção destes isoladores é semelhante á dos empregados nas linhas de transmissão, as barras condutoras podem ser apoiadas na parte superior do isolador ou na inferior. As peças terminais dos isoladores metálicos variam com o tipo de montagem escolhido. Para tensões mais elevadas, o isolador é formado por várias peças de porcelana cimentadas.


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Nas estações geradoras e subestações podem ser empregados, em lugar de isoladores de pino, os de suspensão; com estes, os condutores empregados são cabos e não barras rígidas. Os isoladores de suspensão são reunidos em cadeias, sendo o número de unidades estabelecido de acordo com a tensão de serviço.


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LINHAS AÉREAS

Nas linhas aéreas para suporte dos fios ou cabos são usados, conforme a tensão, isoladores de pino ou de suspensão.


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Um tipo diferente, empregado em certas instalações de baixa tensão, é o isolador de compressão ou de castanha.


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Nas linhas eléctricas, é mais frequente o emprego do cabos que de fios; os mais usados são os de cobre duro ou meio duro e os de alumínio com alma de aço, seguindo-se os de aço revestido de cobre ou de alumínio. Em linhas de corrente fraca (telefonia e telegrafia) utiliza-se por vezes o aço galvanizado.

Nas linhas de alta tensão recorre-se em certos casos aos condutores tubulares, afim de reduzir a perda por efeito de corona sem aumentar inutilmente o peso de material condutor.

Nas linhas de extra-alta tensão (acima de 230 kV), visando reduzir o efeito de corona e as interferências radioeléctricas, é normal o emprego de dois, três ou quatro condutores em paralelo, espaçados de cerca de 40 centímetros.

Além dos condutores nus, usam-se também as vezes condutores isolados em instalações aéreas de distribuição de energia. Para este fim são fabricados, para tensões baixas, fios e cabos a prova de intempéries, tipo WT (weather proof). Nestes o condutor (fio ou cabo) é envolvido por uma massa isolante resistente ás intempéries.

Na instalação dos condutores WP (weather proof) é necessário adoptar as mesmas precauções que na dos condutores nus; a montagem faz-se sobre isoladores de porcelana ou vidro.


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ISOLADORES. NOMENCLATURA

São indicados a seguir os termos usuais referentes a isoladores.Isolador – é um equipamento destinado a isolar e, geralmente, a

suportar um condutor ou aparelhagem eléctrica.Corpo de isolador – é um isolador ou parte de isolador

constituído de uma só peça isolante sem cimento ou outros meios de junção ou fixação.

Isolador singelo (single) – é um isolador contendo um único corpo de isolador, com ou sem ferragens.

Isolador múltiplo – é um isolador contendo dois ou mais corpos de isoladores, fixados permanentemente uns aos outros por meio de cimento ou outro material apropriado, com ou sem ferragens.

Isolador de pino – é um isolador singelo ou múltiplo, destinado a ser instalado em linhas eléctricas o qual, em serviço normal, é fixado rigidamente a um pino adequado que penetra num furo existente no membro isolante.


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Neste isolador o condutor geralmente se apoia no entalhe existente na cabeça do isolador, e é preso por meio de um fio de amarração.

Isolador pilar para linha – é um isolador singelo de forma cilíndrica, tendo pequenas saias na superfície externa, apresentando na parte superior entalhe e pescoço, e na parte inferior ferragens para fixação. Estas ferragens constam geralmente de uma base metálica, cimentada na porcelana, e de um pino atarraxado á base metálica.

Isolador de suspensão – é um corpo de isolador provido de partes metálicas destinadas a ligá-lo flexivelmente a um suporte, ao condutor ou a outros isolantes.


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Isolador pedestal para exterior – é um isolador singelo ou múltiplo, de forma que se assemelha a dois isoladores de pino, isto é, apresentando grandes saias na superfície externa, tendo na parte superior uma campânula e na parte inferior geralmente um pino simples ou reforçado, terminando numa falange para assentamento.

Destina-se a fixar rigidamente um condutor ou outro equipamento eléctrico a um suporte, em instalações externas.

Isolador pedestal para interior – é um isolador, geralmente singelo de forma cilíndrica, apresentando superfície ondulada, tendo partes metálicas fixadas em ambas as extremidades e destinado a


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fixar rigidamente um condutor ou outro equipamento eléctrico a um suporte, em instalações interiores.

Isolador pilar para estação – é um isolador singelo de forma cilíndrica tendo pequenas saias na superfície externa, com peças metálicas nas duas extremidades para fixação.

Isolador castanho – é um corpo de isolador de forma especial, trabalhando á compressão e destinado a isolar um condutor, suporte ou tirante.

Isolador carretel – é um isolador singelo de forma cilíndrica, com furo axial para fixação, tendo uma ou mais golas circunferenciais, destinadas a receberem um ou mais condutores.

Bucha – é um isolador singelo ou múltiplo, geralmente de forma alongada, com um ou mais furos axiais, através dos quais passam um ou mais condutores, e destinado a isolar ou proteger estes últimos na travessia de obstáculos tais como paredes, tanques de transformadores, etc.

Cadeia de suspensão – é um conjunto de dois ou mais isoladores de suspensão ligados entre si.


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Coluna de isoladores – é um conjunto rígido de dois ou mais isoladores pedestal.

Pino para isolador – é o pino de metal ou outro material, roscado ou não, destinado a fixar rigidamente um isolador de pino a um suporte.

Haste (de um isolador de suspensão) – é a peça metálica fixada á parte inferior de um isolador de suspensão e terminada em forma aproximada de bola ou em lingueta com olhal.

Tensão de descarga seca – é o valor eficaz de tensão que produz uma descarga disruptiva através de ar que circunda um isolador limpo e seco.

Tensão de descarga sob chuva – é o valor eficaz de tensão que produz uma descarga disruptiva através do ar que circunda um isolador limpo e molhado.

Tensão de perfuração (de um isolador) – é a menor tensão eficaz capaz de perfurar o corpo de um isolador.

Distância de descarga a seco – é a soma das menores distâncias que a corrente de descarga pode percorrer, no ar e sobre as superfícies de um isolador, medidas com o isolador montado de acordo com as condições para ensaio de descarga a seco.

Distância de descarga sob chuva – é a soma das menores distâncias que a corrente de descarga pode percorrer no ar e sobre as superfícies de um isolador, medidas com o isolador montado de acordo com as condições para ensaio de descarga sob chuva. Nessas medidas certas partes molhadas do isolador são consideradas condutoras.

Distância de escoamento – é a menor distância entre partes condutoras nas duas extremidades de um isolador, medida sobre a


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superfície deste, com o isolador montado de acordo com as condições para ensaios de descarga a seco.

CABOS ISOLADOS PARA TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO

DE ENERGIA

Os cabos isolados são geralmente utilizados para distribuição e transporte (transmissão) de energia. Estes são aéreos, na instalação de distribuição de baixa tensão, subterrâneos na instalação de baixa e média tensão, na instalação de edifícios.Estes cabos podem ser de um, dois, três e quatro condutores com constituições e formas diferentes. A utilização deste ou daquele depende do tipo de instalação.O cabo isolado é constituído pelos

seguintes componentes principais:- Condutor ou condutores- Isoladores- Outros acessores.Para além dos condutores e isoladores que são do nosso conhecimento, os acessores servem para dar uma determinada forma aos cabos, proteger os isolantes.

Vejamos certos cabos isolados e as suas constituições. Para tensões muito elevadas utilizam – se os cabos de um só condutor.


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Os fios são torcidos em torno de uma fita helicoidal de cobre.O óleo encontra – se sob pressão.

Os fios destes cabos são torcidos.Na fig. abaixo os condutores são de forma circular.Nas seguintes figuras os cabos são de forma sectorial.

A utilização de um cabo constituído por segmentos permite a redução do efeito cortical.

Fios torcidos de forma sectorial.O tipo especial de cabo é de condutores craxiais.


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Aonde a um condutor central sobrepõe – se a uma camada isolante; a essa o segundo condutor, nova camada isolante, o terceiro condutor, a ultima camada isolante e por ultimo acamada de chumbo.

Nos cabos de vários condutores estes condutores são geralmente torcidos; em casos especiais, o torcimento é evitado ( cabos de condutores paralelos).

O torcimento dos condutores aumenta o comprimento e a sua resistência eléctrica.


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Isolantes utilizados são:

- Papel impregnado de óleo isolante (polietileno)

- Cambraia impregnada de verniz


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- Borracha- Compostos sintéticos especiaisA espessura do material isolado, depende de propriedades de

isoladores; tensão nominal, tensão máxima permissível, tipo de cabo, número de condutores, sua forma e secção, temperatura máxima permissível para o isolador, tipo de instalação em que será utilizado o cabo, manuseio a que este poderá estar sujeito, etc.

Acessórios dos cabos são:

- Camisa de chumbo ou de alumínio - protecção contra a humidade.

- Blindagem - protecção de cada condutor, constituído por uma fita metálica não magnética, esta permite fabricar cabos de menor diâmetro que os não blindados. O cabo blindado apresenta menor dissipação do calor por efeito de joule. Nos cabos de borracha a blindagem protege a borracha do ataque pela zona.

- Capa de junta ou algodão – aplicada sobre a camada de chumbo como protecção contra química ou electrolítica.

- Capa protectora pode ser também de neoprene.

- Cintas de aço – protege o chumbo contra atrito, pressões, choques, etc.


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Diâmetro dos cabos

Nos cabos de um condutor, o diâmetro interno da camisa de chumbo é expresso pela formula.

Di = d + 2T, donde:

D – diâmetro do condutor

T – espessura isolante

Para o diâmetro do cabo sobre o chumbo, basta adicionar o Di o dobro da espessura do chumbo:

De = Di + 2S, donde:

S – espessura da camisa do chumbo

Para cabos de dois condutores redondos:

Di = 2(d + 2T) + 2t, donde (fig. 18)


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t – espessura isolante sobre o conjunto, é a da cinta.

Nos cabos de 3 condutores redondos:

Di =

Nos cabos de 4 condutores redondos:

(

N.B. Para os cabos de condutores sectoriais não existem formulas exactas, porque existem vários tipos de sectores.


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Consumidores de energia eléctrica:1- Consumidores comunais (casas, edifícios administrativos,

massa cultural, escolas, hospitais, mercados, organizações de pesquisas científicas e empresas, hotéis, etc.).

2- Empresas industriais3- Electrificação de transporte das cidades e fora das cidades.4- Nos casos particulares, aldeias, empresas industriais e

agrícolas que operam fora da cidade.

Estrutura das redes:- MT urbanas- MT rurais- BT urbanas

Sistemas de distribuição eléctrica – é o conjunto de estações de transformação e redução, das linhas de alimentação e distribuição e de receptores eléctricos que garantem a distribuição da energia eléctrica dos processos tecnológicos dos equipamentos domésticos das comunas, industrias e consumo dos transportes dispostos no território da cidade a uma parte de zonas fora da cidade.

1) - Central electrónica2) - Suportes de estação redutor 110-220, 500-750 Kv3) - Terminais profundos de estação redutor.4) - Instalação distribuidora 10/6-20 Kv.5) - Dois transformadores redutores 10/6-20/0,38Kv6) - Um transformador redutor 10/6-20/0,38 Kv

REDE ELÉCTRICA. DEFINIÇÃOAs principais vantagens de energia eléctrica - a simplicidade

de produção, transporte (transmissão), divisão ou repartição e transformação.

No sistema de distribuição de consumo pode-se distinguir três tipos de instalações:

1- Para produção de energia eléctrica - estações eléctricas.2- Para transmissão e distribuição de energia eléctrica - as redes

eléctricas.3- Para consumo de energia eléctrica nas necessidades

industriais e domésticas-receptores de energia eléctrica, ou receptores eléctricos.

O sistema eléctrico – é a junção de estações eléctricas, com ajuda de redes eléctricas que garantem a maior segurança e a distribuição de energia duma forma económica aos consumidores. Para além das redes eléctricas, no sistema eléctrico introduz-se também as estações geradoras.

Com o desenvolvimento social e aumento da população (consumidores de energia) surgem necessidades de aumentar mais centrais eléctricas, mais potenciais e novas fontes eléctricas, o que


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leva ao aumento das distâncias entre fontes e consumidores e potências de transmissão de energia.

Carregar a rede eléctrica é o dispositivo ou instalação, que liga a fonte de alimentação com os consumidores de energia eléctrica. Ela pode ser muito complexa. A qualidade de distribuição de energia aos consumidores depende das propriedades e funcionamento da rede eléctrica. Para com a rede eléctrica são apresentadas determinadas exigências técnicas e económicas.

Carregar a fonte de alimentação é a estação eléctrica, donde obtém-se a energia eléctrica através de transformação de um outro tipo de energia.

Ao longo de transmissão de energia eléctrica, paulatinamente varia-se a potência bem como a distância de transmissão. Assim surge a necessidade na mudança dos parâmetros de energia eléctrica: tensão e corrente. A mudança destes parâmetros acontece nas subestações como fonte de alimentação.

Consumidores de energia eléctrica – podem ser os receptores, que ligam à ultima parte da rede.

Em certos casos as subestações que ligam a última parte da rede, podem ser vistas como consumidores (subestação receptores).

Simbolização gráfica

A- Fonte de alimentação a- consumidor

AS EXIGÊNCIAS ÁS REDES ELÉCTRICAS- Garantir maior segurança na distribuição de energia.- Escolher a melhor forma de garantir um alto nível na

segurança do trabalho da rede (durante os cálculos do projecto).a) Reserva de alimentação.b) Garantia na exploração da rede.- Garantir a qualidade de energia eléctrica.- Ser económica.

CLASSIFICAÇÃO DAS REDES ELÉCTRICAS- Geralmente nas condições modernas utilizam-se o sistema de

corrente alternada trifásica. A utilização de c.c. nas condições necessárias de regulação das velocidades de rotação dos motores eléctricos nas gamas muito largas, nos processos de electrólise. Também é utilizada na transmissão de energia na grande distância.


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Só que aqui ela possui a utilização local com dois sentidos de transportação nos terminais de transmissão.

- Cada rede caracteriza-se com a tensão nominal que define a classe de isolamento do equipamento e a sua propriedade [baixa (BT), média (MT), alta (AT) e super de alta (SAT) tensão]

- Internas e externas.Internas são redes dispostas no interior do edifício ou instalação

(casas, indústrias, etc.).Externas são redes fora de edifícios ou instalações.

QUANTO AO MODO DE ALIMENTAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO

Quanto a construção as redes dividem-se em condutores internos, cabos e condutores aéreos.

Condutores internos (BT).Cabos podem ser de linhas internas ou externas.Condutores aéreos são feitos para todos os tipos de tensões

nominais, eles são mais baratos, mas com mais frequência de avarias.

As redes também diferem-se quanto às zonas de instalação e carácter de consumo em:

- Redes urbanas;- Redes de aldeias, sub rurais;- Redes industriais;- Sistema eléctrico (redes dispostos nas áreas de grandes zonas,

cidades, repúblicas).Para além disso, frequentemente distinguem-se linha de

transmissão de maiores comprimentos (ex.: mais de 200Km) em função de altas grandes potências de transmissão e tensões (220 kV e mais).

As redes podem ser também de:- Distribuição <20Kv- Alimentação> 35Kv

Segundo o modo de alimentação e sua distribuição:- Rede radial ou em antena - que se caracteriza segundo a

alimentação por um único dos seus terminais, transmitindo a energia em forma radial aos receptores.

Vantagens - simplicidade e facilidade para a montagem de protecção.

Desvantagem - falta de garantia de serviço- Rede em malha (simples e múltiplas) - constituída por uma

ou várias vias fechadas para o transporte ou distribuição de energia eléctrica..

- Rede em anel – caracteriza – se por ter os seus terminais ou extremos alimentados, deixando os pontos intercalados em anel.


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Para desligar a parte avariada utiliza-se dispositivos de comutação. A operação de ligar e desligar pode-se realizar duma forma manual ou automática.

Para o comando automático utilizam-se dispositivos especiais (assim como relés de protecção), que reagem em diferentes condições anormais e lança urgentemente o sinal de comando de desligamento.

Para aumentar a segurança da distribuição de energia as redes geralmente são feitas com reservas.

Quanto a segurança da distribuição de energia as redes diferem-se em: abertas, abertas com alta segurança e fechadas.

Nas abertas com alta segurança, no momento da avaria com uma interrupção de alimentação numa das linhas, fecha – se automaticamente o disjuntor de alta protecção, mudando assim o sentido de alimentação da linha dos consumidores em causa. Esse processo é rápido, cerca de 2-3 segundos.

Nas abertas simples, com avaria da rede, fica-se sem alimentação, até a superação da avaria.

Nas redes fechadas, desligamento de uma linha, não provoca interrupção na distribuição de energia, tal como, cada consumidor pode receber a alimentação simultaneamente em duas linhas e ou sentidos.

A transferência de energia eléctrica de estação eléctrica do sistema de energia eléctrica e a sua distribuição no território é realizada pelas redes eléctricas de utilização comum.

Quanto às funções e a capacidade de tensão:- Rede de transporte, este parte das estações elevadoras, com

longo alcance, interligados entre si com ajuda dos centros elevadores até ao destino que são centros de consumo. Professor Doutor Pedro Kuma Diatilo Finalista do curso de electromecânica Edvaldo Tomás Boaventura

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[(110-132-380)KV]

- Redes de divisão, são redes que partem dos centrais de transformação dos centros de consumo até chegar ás subestações de distribuição.

-[(25-30-45-66-110-132)]

- Rede de distribuição de média tensão (MT), esta cobre uma grande superfície do centro de consumo (população, zona industrial, etc.) unindo as subestações de transformações de distribuição com os centros de transformação de média.

-[(3-6-10-11-15-20-25-30)KV]

- Rede de distribuição de baixa tensão (BT), são redes que partem dos centros de média para centros de transformação de baixa, alimentando directamente os receptores.

-[(220/127)V e (380/220)V]

ESTRUTURA DE REDES


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As fontes de alimentação (sistema) - são estações eléctricas da cidade e centrais redutores.

Centros de alimentação (tensão de geradores) 10 (6) – 20 KV2, 4 - pontos de distribuição.

ELEMENTOS DAS REDES ELÉCTRICAS

As redes de energia eléctrica de uma tensão nominal são constituídas pelas linhas, separadas com os respectivos aparelhos de comutação. A utilização de diferentes tipos de aparelhos de comutação está ligada com as condições de trabalho das redes. Estes aparelhos geralmente são montados nas instalações de estações e sub estações eléctricas de distribuição.

Em condições modernas, como regra, chega – se a utilizar na mesma rede certas tensões nominais simultaneamente, neste contexto, no quadro de redes, introduzem-se os transformadores.


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Rede radial de transmissão de energia no sistema moderno(A, B, C, D – Transformadores)

Estrutura das redes:- MT urbanas- MT rurais- BT urbanas

Sistemas de distribuição eléctrica – é o conjunto de estações de transformação e redução, das linhas de alimentação e distribuição e de receptores eléctricos que garantem a distribuição da energia eléctrica dos processos tecnológicos dos equipamentos domésticos das comunas, indústrias e consumo dos transportes dispostos no território da cidade a uma parte de zonas fora da cidade.

Donde:1) - Central electrónica2) - Suportes de estação redutor 110-220, 500-750 Kv3) - Terminais profundos de estação redutor.4) - Instalação distribuidora 10/6-20 Kv.5) - Dois transformadores redutores 10/6-20/0,38Kv6) - Um transformador redutor 10/6-20/0,38 Kv


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ESQUEMA DE LIGAÇÃO DE REDES ELÉCTRICAS

Esquema de distribuição eléctrica de uma fábrica

SRP – subestação redutor principalPD – ponto de derivaçãoTD – transformador de derivaçãoM – motor eléctrico 10KV1 - Linha de 110 KV que alimenta SRP2 - Linha de 10 KV que divide a energia eléctrica da derivação de

10 KV de SRP entre TD3 - Linha de 10 KV que alimenta PD4 - Linha de 10 KV que divide a energia eléctrica da derivação PD

entre TD


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Esquema de distribuição de energia de uma zona de cidade (urbana)

Rede aberta com alta segurança de distribuição de energia. ( pode ter linhas de reserva-apresentadas tracejadas)

1- Subestação redutora2- Linha de alimentação da rede de MT3- Linha de distribuição da rede de MT4- Linha de distribuição da rede de BT5- Terminais de entrada no edifícioTracejadas linhas de reservaPD – ponto de derivaçãoTD – transformador de derivação


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Esquema de alimentação da rede de 110-220 Kv

Rede de Distribuição em Malha

A, B – fontes de alimentaçãoa, b, c, d - subestações redutores receptoresEste esquema em geral é fechado.

REGULAÇÃO DA TENSÃO

A regulação de tensão pode-se realizar com ajuda de:- Transformador- Auto-transformador- Regulador linear

Para ligar as redes eléctricas com tensões nominais diferentes utilizam-se os transformadores elevadores e redutores. Eles são feitos de mono e trifásicos, dois e três enrolamentos.

O trifásico é mais barato do que um grupo de transformadores monofásicos da mesma potência; assim como a sua exploração é mais simples e barato.

Ultimamente fabrica-se só os transformadores trifásicos.


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Os transformadores de três enrolamentos são utilizados quando se pretende obter duas tensões secundárias.

Nas redes eléctricas com tensões de 150-550 KV, ultimamente, utiliza-se muito auto-transformador que possui grandes vantagens técnica e económica em comparação com transformador; muito pouco gasto de materiais, pequeno volume e custo, menos perdas de energia nos enrolamentos de cobre e o aço dos núcleos, fácil de transportar e montar.

Como regra, auto-transformadores são feitos trifásicos com altas potências (500 MVA e mais), e com tensão de 500KV fabricam-se o grupo de auto-transformadores monofásicos.

Auto-transformadores podem ser utilizados somente nas redes com neutros ocos enterrados, e por isso, não são utilizados para as redes ≤ 35KV (estas redes trabalham com o neutro isolado).

Os transformadores e auto-transformadores podem ser ligados em diferentes pontos da rede. O regime de tensão nestes pontos depende das condições locais: distância a partir da fonte de alimentação, a mudança de carga, etc. Estas condições não são definidas desde princípio, mudam ao longo do processo da exploração. É por isso, os transformadores e auto-transformadores possuem derivações especiais de regulação, com as suas mudanças, pode-se mudar os seus coeficientes (razão) de transformação.

Segundo a forma de comutação de regulação nas derivações, os transformadores diferem-se em seguintes tipos:

a) Sem dispositivo de comutação da derivação sobre a carga - comutação sem excitação (CSE)

b) Distribuição constituída com dispositivo de regulação sobre a carga (CCC- comutação com a carga), no qual a mudança do coeficiente de transformação ocorre sem desligar o transformador.

Geralmente a derivação de regulação é montada ao lado de AT do transformador.

Transformadores de CCC apresentam maior custo que os de CSE. O custo de dispositivos de regulação pouco depende da potência do transformador.

Ultimamente os transformadores estabilizadores com comutação sem excitação (CSE) são fabricados com quatro derivações adicionais, diferenciando com a relação nominal em (+5; +2,5; -2,5; e – 5)%. Os transformadores antigos com CSE tinham duas derivações adicionais; (+5 e – 5)%.

Para mudar a comutação nos transformadores com CSE deve-se desligar a mesma da rede, esta ocorre raramente, geralmente nos tempos da mudança de cargas.

CÁLCULO DE SECÇÃO DE UM DISTRIBUIDOR FECHADO DO QUE SE DERIVAM DIFERENTES CONSUMIDORES

Seja um distribuidor que une dois centros de transformação com a mesma tensão, ou simplesmente um distribuidor em malha fechada.


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D e L se derivam uma série de consumidores, tal e como mostra a figura, que as correntes partem dos extremos e dirigem-se ao centro do distribuidor (Ix e Iy), existindo assim um consumidor submetido a uma tensão mínima e alimentada por seus dois extremos, a não ser que a intensidade por um deles seja igual a zero.

Neste circuito é sem dúvida que a soma das quedas de tensão ao longo desta linha deve ser igual a zero, isto é:∑Ucc= 0= P/S[L1Ix + (L2-L1)(Ix-I1) + (L3-L2)(Ix-I1-I2) + (L4-L3)(Ix-I1-I2-I3) + (L-L4)(Ix-I1-I2-I3-I4)] Ucc= 0= P/S[L1Ix + (L2-L1)(Ix-I1) + (L3-L2)(Ix-I1-I2) + (L4-L3)(Ix-I1-I2-I3) + (L-L4)(Ix-I1-I2-I3-I4)]

Simplificando esta expressão teremos:

LIx =L (I1 + I2 + I3 + I4 + I5) – (L1I1 + L2I2 + L3I3 + L4I4 + L5I5)Ix = (I1 + I2 + I3 + I4) - (L1I1 + L2I2 + L3I3 + L4I4)/L

Generalizando a expressão para “n” consumidores teremos:

Ix =∑In – ∑LnIn/L

Donde:

∑In=Ix + Iy e Iy=∑In- Ix =∑In + [∑In - ∑ ] → Iy =∑

Estas fórmulas foram referidas para corrente contínua, e facilmente podem ser generalizadas para correntes alternadas, utilizando os valores complexos das referidas intensidade que intervêm na distribuição.

Conhecendo os valores complexos das Ix e Iy, facilmente podemos determinar o ponto onde a tensão é mínima, “centro da gravidade da linha”, e que logicamente receberá a corrente dos dois extremos, salvo no caso particular quando a corrente é igual a zero num deles.


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Para encontrar o ponto de tensão mínima, deveremos partir de um qualquer lado da linha, deixando as correntes activas que se vão derivando de cada consumidor até encontrar um valor negativo; este indicar-nos-á que é o consumidor anterior que reúne as condições procurado. Assim por exemplo para o lado “x” os valores irão ser obtidos de seguinte maneira:

Ix cosφn; Ixcosφx-I1cosφ1; Ixcosφx-I1cosφ1 – I2cosφ2 ...

Ate encontrar a condição que cumpre que cumpre com a condição indicada.

Conhecendo o consumidor que cumpre com a referida condição, já podemos calcular a secção e a queda de tensão correspondente, podemos decompor o circuito em dois distribuidores abertos cujas quedas de tensão e secções são iguais.

CÁLCULO DAS SECÇÕES DE UM DISTRIBUIDOR ABERTO RAMIFÎCADO

É um caso especial de cálculo de uma distribuição aberta, isto acontece quando uma parte se ramifica para alimentar outros consumidores, como mostra a figura.

Neste caso não é possível generalizar o procedimento do cálculo, mas deveremos assinalar de uma forma arbitrária, procurando a lógica, as quedas de tensão para as distintas ramificações que existem no circuito, até o total das quedas de tensão máximo admitida.

Assim por exemplo, no circuito da figura, a tensão V é a tensão máxima, calcularemos primeiro a secção do troço “CA”cuja queda de tensão é ´VCA´ inferior que V naturalmente. O troço ÀB´ calcularemos com a diferença ou subtraindo-a da queda de tensão máxima admitida.

VAB = V – VCA


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A seguir o troço “AD” cuja queda de tensão é VAD <VAB, já que é o resto da queda de tensão que nos falta por assinalar.

VAD= V – VCA

Para outros troços que faltam, serão as quedas de tensão que restam do valor da V

VDE= VDG= V – VCA – VAD

Assim é resolvido o problema, teremos uma série de secções por cada troço específico do circuito.

Este é um dos melhores procedimentos para os cálculos das secções dos distribuidores.

SECÇÕES COMERCIAIS mm2

1,5 35 2402,5 50 3004 70 4006 95 50010 120 63016 15025 185

Obs.: para os resultados obtidos, nos cálculos utiliza-se os valores das secções comerciais no arredondamento do valor próximo.

Ex.: 32,7; 37 → 35 115 → 120

EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO

1- Baseando-se numa distribuição aberta trifásica, como mostra a figura, cujo condutor é de cobre, com =0,018 Ω mmℓ 2/m com uma queda de tensão de 1,5 %. Sendo 220V a tensão simples de alimentação e desprezando a indução do cabo, determinar a secção do condutor a utilizar em cada uma das fases ou etapas.

2- Baseando-se no exercício anterior, utilizamos os cabos com coeficiente de auto-indução quilométrica de 0,000583 H/km. Calcular a queda de tensão máxima no último consumidor.


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3- Seja a distribuição trifásica, fechada e alimentada por seus dois extremos a 400V, como mostra a figura. Suponhamos que o coeficiente de auto-indução da linha seja nulo. Calcula a secção do alumínio do condutor, partindo do princípio que se admite uma queda de tensão máxima de 5V.

Segundo as intensidades e seus correspondentes factores de potência teremos:

I1= 9 - j12; I2 = 5,25 - j4,6; I3 = 12,8 - j9,6; I4= 8,4 - j8,57.

4- Seja um distribuidor aberto trifásico ramificado apresentado na figura, no qual se admite uma queda de tensão máxima de 10V, e utiliza-se o cabo de alumínio, desprezando o coeficiente de auto-indução.

Para o primeiro troço ‘ CA’, consideremos uma queda de tensão máxima de 6V, e resolvemo-lo mediante as ‘distâncias cortadas para ser mais simples. Calcular as secções de cada troço.

GRUPO DE LIGAÇÃO DE ENROLAMENTOS

Para ligar o transformador no trabalho em paralelo com outros transformadores com o valor de desfasamento de fase entre f.e.m dos enrolamentos primários e secundários, para a característica deste desfasamento introduz-se a noção de grupo de ligação dos enrolamentos.

Fig. 5 - Grupos de ligação do transformador monofásicoFig. 12.23Fig. 12.22 – Ligação de enrolamentos trifásico em Zig – Zag. Na figura 12.23 a) temos enrolamentos de transformador

monofásico, enrolados na linha espiral esquerda e por isso são chamados “esquerdos”. Neste caso ambos enrolamentos com inícios


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A, a encontram-se em cima e os fins X, x – em baixo. Consideremos a f.e.m positiva, se ela reage (actua) do fim do enrolamento para o seu início. Os enrolamentos na fig. 12.23 abrangem o mesmo fluxo. Por conseguinte a esta f.e.m estes enrolamentos em cada momento (tempo) agem com sentidos iguais – dos fins para inícios ou vice - versa i.e., elas simultaneamente são positivas ou negativas. É por isso as f.e.m EA e Ea coincidem com a fase, como mostra na figura 12.23 a).

Se algum dos enrolamentos mudar do início para o fim [fig.12.23 b)], assim o sentido da sua f.e.m, que reage do fim para o início, mudará ao contrário e a f.e.m EA e Ea terão um desfasamento de 180º. Este mesmo resultado obtém-se quando na figura 12.23 a) um dos enrolamentos for “direito”.

Para simbolizar o desfasamento de fase dos enrolamentos do transformador, os vectores das suas f.e.m lineares, utilizam-se os ponteiros e números do relógio, assim o vector dos enrolamentos de AT são tomados como do ponteiro do minuto, e consideram que no número do relógio ela é dirigida no número 12, e o vector dos enrolamentos BT tomam do ponteiro das horas. Assim na figura 12.23 a) o relógio apresentará 0h ou 12h, e por isso esta ligação de enrolamentos chama-se do grupo 0 (antes neste caso costumava-se chamar grupo 12´).

Na figura 12.23 b) o relógio apresentará 6h, e esta ligação chama-se do grupo 6. Respectivamente a ligação dos enrolamentos dos transformadores monofásicos, segundo a figura 12.23 a) é simbolizado como I/I – 0, e 5 b) I/I – 6. Em vários países, caso por exemplo da Ex. URSS a estandardização e fabricação dos transformadores monofásicos são fabricados somente com a ligação I/I – 0.

Vejamos agora o transformador trifásico com ligação dos enrolamentos de AT e BT em estrela, e suponhamos que:

1- Enrolamentos de AT e BT são bobinados no mesmo sentido (ex. "direito");

2- O início e fim dos enrolamentos dispostos igualmente (Ex.: fim em baixo e início em cima)

3- Com os mesmos enrolamentos (Ex.: A e a, B e b, C e c) encontram-se nos cilindros nas hastes comuns como mostra a figura 12.24 a), desta forma a estrela de f.e.m de fases e triângulo de f.e.m de linhas terão a seguinte forma, mostrada na figura 12.24 b). Para esta mesma designação dos vectores da f.e.m lineares (Ex.: EAB e Eab) são designadas da mesma forma, isto é, coincidem em fases, e nas suas disposições nas indicações do relógio, segundo a regra da disposição o relógio indicará 0h (fig. 12.24 c).

É por isso no esquema o grupo de ligação deste tipo de transformador é simbolizado por Y/Y-0.

Se na Fig 12.24 a) realizar uma remarcação (ou mudanças das posições) de fase de enrolamento de BT e posicionar a fase a no cilindro do meio, fase b a direita e c a esquerda, assim no diagrama vectorial de BT (Fig. 12.24 b) ocorrer – se - à uma remarcação de


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letras a, b, c, numa volta completa no sentido de ponteiros do relógio. Com este consegue-se o grupo de ligação 4, e ao contrário, mudança da disposição, será o grupo de ligação 8. Se mudar os lugares dos enrolamentos inicio e fim assim consegue-se mais grupos de ligações 6, 10 e 2. Quer dizer, ao ligar em esquema Y/Y são possíveis seis grupos de ligações em que todas elas são pares. Estes mesmos tipos de ligações podem ser conseguidos em esquema de ligação ∆/∆.

Suponhamos agora que os enrolamentos estão ligados em esquema Y/∆ como mostra a figura 12.25 a) e conservando as mesmas condições que foram faladas para a figura 12.24 a). Assim os diagramas vectoriais da f.e.m dos enrolamentos de AT e BT terão a forma mostrada na figura 12.25 b). Para estas mesmas designações de f.e.m lineares (ex.: EAB e Eab) será desfasada em 30º e dispõe-se nos números do relógio como mostra na figura 12.25 c). A ligação dos enrolamentos deste tipo de transformador designa-se por Y/∆ – 11. Com as mudanças de posições de fase e com a remarcação do início e fim de um dos enrolamentos (ou com colocação no lugar de ay, bz, cx no triangulo na fig. 12.25, para az, bx, cy), pode conseguir também outros grupos impares: 1, 3, 5, 7 e 9.

Muitas das variedades dos esquemas e grupos de ligações dos transformadores fabricados não são desejáveis. É por isso, por exemplo em estandardização Russa de 11677-65 é previsto a fabricação de transformadores de força trifásica com os seguintes grupos de ligação dos enrolamentos: Y/Yo – 0, ∆/Yo – 11, Y/∆ – 11 e Yo/∆ – 11, assim estrela zig-zag -11: Nestes a primeira ligação é do enrolamento de AT, a segunda ligação é do enrolamento de BT; índice ‘0’ indica que por fora é puxado o enrolamento do ponto zero (neutro).

PROTECÇÃO DE LIGAÇÃO Á TERRA

Objectivo e dispositivo de protecção à terra e ligação constante com o fio neutro.

Noção geralAo servir uma instalação eléctrica, o perigo existe não somente na

parte não isolada da corrente principal encontrada sobre tensão, mas também as partes construtivas dos equipamentos eléctricos, que normalmente não se encontram sobre tensão, mas podem encontrar-se sob tensão em caso de defeito do isolamento (carcaça do motor, arrancador, depósito do transformador, invólucro de bandagens dos condutores, carcaça de painéis metálicos, etc.)

Para protecção dos homens da corrente eléctrica com defeito de isolamento, tomam-se as seguintes medidas de segurança: ligação à terra, ligação constante do fio neutro a terra, protecção de desligamento, transformador de separação, isolamento duplo, pequena tensão, etc.


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Protecção de ligação à terra: esta é uma ligação eléctrica intencional de qualquer parte da instalação ou unidade eléctrica com um dispositivo de ligação à terra para garantir a segurança eléctrica.

A figura (1) mostra a ligação à terra de certos motores com ajuda de ligador à terra (tubos, cantoneiras, hastes aprofundados na terra). No regime normal, quando o isolamento não apresenta desfeito, nas carcaças dos motores não existem diferenças de potenciais, neste caso o contacto com estes não é perigoso. Com o defeito do isolamento em qualquer motor há passagem de corrente à terra Ig através do dispositivo da terra, o potencial na superfície do solo distribuir-se-à conforme a curva 3 da (fig. 1). No dispositivo da terra aparece a tensão, U:

Donde: Ig – corrente do circuito a terra A Rg – resistência do cabo ou sistema de ligação a terra.

Fig.1a) Distribuição do potencial na superfície da terra no campo isolado.


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b) Distribuição do potencial na superfície da terra a volta do campo do sistema de ligação à terra.

Ignorando a queda de tensão nos pólos de ligação à terra 2, pode-se considerar que todas as carcaças ligadas a terra aparecem sob tensão Ug. Contacto com a carcaça do motor eléctrico, o homem cai sobre a diferença de potencial:

Ucont1= Ug - 1; Ucont2 = Ug - 2 ; Ucont3 =Ug

Donde 1, 2 - pontos potenciais do solo, nos quais encontra-se o homem.

A tensão de contacto Ucont pode ser reduzida ao igualar o potencial por meio da volta (círculo) de ligação á terra e instalação de pólos adicionais de ligação à terra nos intermédios do circuito. Na fig. anterior está apresentada uma parte de ligação à terra de um dispositivo de subestação, constituído de eléctrodos verticais ligados a terra 1, pólos de ligação 2 e o pólo de nivelação (igualdade) 4, postos na profundidade de 0.5 m. Com o desajustamento do isolamento, na superfície do solo o potencial distribuir-se-a conforme a curva 5 (sem pólos igualizadores) e em curva 6 (com pólos igualizadores).

A tensão de passo Upas – esta é a tensão entre dois pontos da terra com o contacto simultâneo dos pés do homem.


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A tarefa de protecção de ligação à terra é de reduzir até sem perigo, os valores de tensão Ug, Ucont e Upas.

PROTECÇÃO COM LIGAÇÃO CONSTANTE COM O FIO NEUTRO À TERRA

Nas instalações eléctricas com a tensão até 1kv a protecção com ligação do neutro a terra é chamada uma ligação intencional de partes de instalação eléctrica, que normalmente não se encontra sob tensão, com aterramento inteiriço do neutro do gerador ou do transformador nas redes de corrente trifásica ou com aterramento inteiriço do ponto médio da fonte nas redes de corrente continua.

Fig. Esquema de ligação constante com o fio neutro dos elementosde equipamento eléctrico nas instalações até 1Kv com aterramento

inteiriço do neutro

Na figura acima mostra o esquema de ligação constante com o fio neutro na instalação de 380/220 V. O corpo do disjuntor automático 2 e o corpo do motor eléctrico 3, ligados com protecção do condutor nulo 1, que electricamente é ligado com a fonte de aterramento inteiriço do neutro, com o defeito do isolamento (o curto contacto da fase na carcaça) cria-se o curto circuito (c.c) monofásico a corrente do c.c., que circula na malha de fase – condutor neutro, deve conduzir imediatamente na desconexão da área afectada ou defeituosa. A tarefa de ligação constante com o fio neutro é de criar a via com a mínima resistência para a corrente do curto-circuito monofásico, que garante a segurança de desligamento do disjuntor automático, arrancador magnético, fusíveis.


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Protecção de desligamento, utilizada nas instalações até 1Kv, garante o desligamento automático de todas as fases do sector da rede em contacto com a carcaça (corpo) ou a diminuição do grau de isolamento em baixo do valor determinado.

Se por razões técnicas não é possível realizar a protecção de ligação à terra ou ligação constante com o fio neutro e garantir a protecção de desligamento, assim permite-se o serviço dos equipamentos eléctricos com superfícies isoladas. Neste caso deve ser excluída a possibilidade de contacto simultâneo com as partes sem ligações a terra dos equipamentos eléctricos e as partes do edifício e construção que são ligadas com a terra.

É necessário realizar a ligação à terra e a ligação constante com o fio neutro em todas instalações eléctricas com a tensão de corrente alternada de 380V ou superior e de corrente contínua de 440V ou superior. Nos locais com alto nível de perigo, perigos especiais e fora das instalações, ligação à terra ou ligação constante com fio o realiza – se com tensões nominais superior de 42V alternada e 110V da corrente continua.

Nas explosivas de qualquer classe a ligação à terra e ligação constante com o fio neutro realiza – se nas instalações com todas tensões AC e DC.

Nas instalações até 1Kv com o aterramento inteiriço do neutro deve ser realizado a ligação constante com o fio neutro.

Nestas instalações não se autoriza utilizar a ligação à terra das carcaças sem aterramento inteiriço do neutro da fonte, já que esta pode provocar o surgimento na superfície da carcaça do equipamento ligado à terra a tensão perigosa para o homem, e o desligamento da instalação eléctrica não ocorrerá devido da grande resistência no circuito da corrente de contacto.

Nas instalações eléctricas até 1Kv com o fio neutro isolado deve ser realizada a ligação à terra em combinação com o controlo de isolamento da rede ou protecção de desconexão.

Nas instalações eléctricas superior a 1Kv com a isolação e aterramento do neutro efectivo deve ser realizada a ligação à terra.

Nas instalações eléctricas ligam-se à terra ou ligam – se ao fio neutro constantemente ligado a terra: a carcaça das máquinas eléctricas, dos transformadores, dos aparelhos, comandos, enrolamentos secundários dos transformadores de medida, carcaças dos painéis de distribuição, quadros, armários, construções metálicas de dispositivos de distribuição, caixas metálicas dos acoplamentos de cabos, revestimentos metálicos e blindagem dos cabos de controlo e de força, e outras construções metálicas nas quais são montadas os equipamentos eléctricos, carcaças metálicas destinadas para suporte e transportação de receptores eléctricos, edifícios metálicos, as vias dos trilhos de guindastes, carcaças metálicas dos equipamentos tecnológicos e outras construções metálicas ligadas com as instalações dos equipamentos eléctricos, etc.


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Para além de protecção de ligação à terra, nas instalações eléctricas também utiliza-se ligação à terra do trabalho, que serve para criar as condições normais do trabalho dos aparelhos ou instalação eléctrica. Com a ligação à terra do trabalho refere-se a ligação à terra do neutro dos transformadores, geradores, das bobinas dos amortecedores do arco. Sem a ligação à terra do trabalho, o aparelho não pode realizar as suas funções ou desajusta-se o regime de trabalho da instalação eléctrica. Para a realização de ligação à terra com objectivos diferentes e de diferentes tensões nas instalações eléctricas, territorialmente, aproximadas umas das outras, recomenda-se tomar um dispositivo de ligação à terra comum, que satisfaz as exigências com a ligação à terra destas instalações eléctricas.

REALIZAÇÃO CONSTRUTIVA DE DISPOSITIVOS DE ATERRAMENTO

CONSTRUÇÃO DE DISPOSITIVOS DE LIGAÇÃO Á TERRA

O dispositivo de ligação à terra é composto de cabo ou sistema de ligação à terra e condutores de ligação à terra.

Na qualidade do sistema de ligação à terra utiliza-se em primeiro lugar os sistemas de ligação à terra naturais: postos na terra os tubos de aço condutores de água, tubos de poços artesianos, blindagem de aço invólucros de chumbo dos cabos de força postos na terra, construções metálicas dos edifícios e obras que possuem um contacto seguro com a terra, os tipos diferentes de tubos postos na terra.

Não é autorizado a utilização em qualidade do sistema de ligação à terra natural os tubos condutores de líquidos quentes, gases, os cabos de invólucro de alumínio, condutores e cabos de alumínio, dispositivos em blocos, túneis, canais. A resistência atravessada pela corrente com estes sistemas de ligação à terra determina-se com medição.

Se o sistema de ligação à terra natural não é suficiente, utiliza-se o sistema de ligação à terra artificial: aprofundar na terra os eléctrodos verticais de tubos, cantoneiras ou aço em barra horizontais são colocadas na terra numa profundidade não inferior a 0,5 m.→ Recomenda-se utilizar sistema de ligação à terra em barras, Haste com o diâmetro de 12-14mm e comprimento de 5m, que garantem a pouca resistividade na corrente percorrida, já que ocorrem na camada de solo com grandes humidades.

- A resistência de um sistema de ligação à terra vertical (haste), Ohm,


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Donde: calc - resistência específica do solo calculada, .m;ℓ - Comprimento da haste, m ;t - profundidade de colocação, que é igual á distância da

superfície da terra até a metade do sistema de ligação á terra (eléctrodo);

d - diâmetro da haste,m.

→ Nos cálculos pode-se utilizar a fórmula simplificada de diâmetro de eléctrodo em barra igual a 12 mm, comprimento igual a 5m.

rH =0,27calc.

Cálculo da resistência específica do solo: calc= Ktemp×

Donde: - A resistência específica do solo, medida com a humidade

natural;Ktemp – coeficiente do tempo, considerando o solo esfriado ou a

secar. Nas regiões climáticas (2º e 3º) para eléctrodos verticais de 3-5 m o Ktemp =1,45 - 1,3; para eléctrodos horizontais (pólo) Ktemp=3,5 - 2,5.

Algumas resistências específicas de solos

SOLO

(.m)

Limites possíveisValores recomendáveis para os cálculos aproximados

Areia 400 - 1000 700Areia argilosa 150 - 400 300Areia argilosa 40 -150 100Barro (argila) 8 -70 40Terra para jardim 40 40Terra preta 10 - 50 20Turfa 20 20

Cálculo da resistência do sistema de ligação à terra (pólos) horizontal, :


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rH

Donde:- Comprimento de pólos, mℓ

b- largura de pólos, mt- profundidade de colocação, mA secção de pólos deve ser não inferior a 48 mm2, a largura não

inferior a 4 mm.

Para reduzir a resistência total de instalação de ligação à terra, no solo introduzem certos eléctrodos verticais, e para nivelar (compensar) o potencial, no território de instalação eléctrica são ligados outros pólos de aço. A condição da circulação de corrente neste caso piora - se devido a blindagem entre eléctrodos verticais e os seus pólos ligados.

Em cálculos de resistência de dispositivo de ligação à terra, considera-se a introdução do coeficiente de blindagem.

As partes ligadas à terra ligam-se com cabos ou condutores de ligação à terra. Na qualidade de condutores de ligação à terra podem ser utilizados os condutores especiais reservados para este efeito, a secção que não pode ser inferior a determinada pela condição da segurança eléctrica ou materiais acima citados. Nas instalações eléctricas acima de 1Kv com o fio neutro efectivo ligado à terra, a secção de condutores de ligação à terra é testada com a estabilidade térmica.

Nas instalações eléctricas até 1Kv ou mais com fio neutro isolado, a condutibilidade dos condutores ligados à terra deve ser composta não inferior a 1/3 de condutibilidade dos condutores das fases.

Na qualidade de protecção dos condutores de ligação com o fio neutro tomam-se os mesmos elementos que dos condutores de ligação à terra, mas para eles são apresentadas certas exigências adicionais, que serão vistas com os cálculos de ligação constante com o fio neutro.

PROTECÇÃO CONTRA CORRENTES DE LINHAS ELÉCTRICAS

A protecção máxima contra corrente da rede com atraso de tempo independente.


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Esquema de protecção da linha com alinhamento num

sentido

Com aparição do curto-circuito, na linha protegida contra acção – a protecção entra em acção, reagem um ou certos (dependendo do tipo do curto circuito) reles de corrente KA, fechando o circuito da bobina do relê de tempo KT. O relê de tempo KT garante a selectividade de acção do relê de protecção. Esta é conseguida de tal forma que o tempo mínimo de atraso são das protecções mais afastadas da fonte de alimentação da linha, o maior tem as protecções da linha próximos da fonte de alimentação. A diferença em tempos de atraso da protecção de duas linhas adjacentes chama-se o estágio de atraso de tempo e simboliza-se por ∆T.

Os contactos do relê de temperatura não possuem relativamente uma grande capacidade de comutação e por isso que na saída do circuito da protecção, liga-se o relé intermediário KL, que praticamente trabalha sem atraso. Com o fecho do contacto do relé KL ligado em série com o enrolamento do relê de indicação KH e contacto auxiliar do interruptor SQ, forma-se o circuito fechado no desligamento electromagnético do interruptor YAT, que reagindo liberta a parte móvel do interruptor e no interruptor abre-se contactos auxiliares do interruptor desenvolvem o circuito principal de protecção um pouco antes da explosão da corrente no circuito de força (no processo de andamento do sistema móvel do interruptor), a seguir a mesma descarregando os contactos do relé intermediário.

A protecção caracteriza-se em dois parâmetros - a corrente da actuação e de tempo de atraso. Diferenciam a corrente de actuação de protecção Iap – corrente do 1º circuito, em que a protecção entra em acção e corrente de actuação do relé (oposta do relé). Iar – corrente no relé, no qual o relé reage. A corrente de actuação de protecção deve ser superior da corrente máxima de trabalho da linha protegida.


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Corrente de actuação _______ Iap > Imax,tr ______Corrente máxima de

de protecção trabalho

Por outro lado, para melhor funcionamento de protecção é necessário, que a corrente chamada, de corrente de retorno da protecção ou a corrente máxima, na qual a protecção regressa no estado primário, seja superior a corrente máxima depois do regime de avaria Id.a.max, que aparece depois do desligamento da corrente do c.c. na linha contígua ou adjacente. Considerando o auto arranque do motor, a corrente máxima (do início) depois do regime de avaria, pode ser superior a corrente máxima do trabalho. A variação possível da mudança da corrente na linha (exemplo, na linha W2, da figura anterior do relé de protecção da rede radial) no qual o curto-circuito na linha (no ponto K1) e depois de desligamento do c.c. é representada na figura a seguir. O valor máximo da corrente depois da avaria

Corrente máxima ________ Id,a,max = Ka x Itr,Max

depois da avaria

Donde: Ka – coeficiente do auto arranque do motor eléctrico calculado da linha de carga. É por isso, a corrente de retorno de protecção é ligada com a corrente máxima de trabalho na inequação:

Iret,p > Ka x Itr,max

Dependendo do carácter de carga da linha (luminosa, de força etc.) o coeficiente Ka varia-se em grandes intervalos (Ka=1-3)

A corrente de actuação de protecção é determinada com a expressão:

E corrente de actuação do relé:

Onde: Krec – coeficiente de reconstrução (Krec=1,1-1,2);Kesq – coeficiente de esquema, que considera o esquema de

ligação dos transformadores de corrente e relé (com a ligação do relé nas correntes das fases Kesq=1, com a ligação do relé na diferença de correntes de duas fases Kesq=1,73);


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KI – coeficiente de transformação dos transformadores de corrente;

Kret – coeficiente de retorno do relé de corrente:

Ex: para relé electromagnético de corrente tipo PT (RC) – 40, Kret ≥ 0,85

O tempo de atraso de protecção são escolhidos com o princípio de estágios, baseando em que cada protecção a seguir em direcção da fonte de alimentação deve ter o tempo de atraso que ultrapassa o tempo da protecção anterior no estágio Δt.

O tempo de atraso de cada protecção, independentemente e em que lugar da linha aconteceu o curto-circuito, i.e., independente do valor da corrente no circuito primário. Daqui surge a designação da protecção – corrente máxima de protecção com o tempo de atraso independente. O tempo de atraso mínimo do estágio Δt determina-se com os parâmetros de protecções e interruptores. Assim utilizado no esquema apresentado na figura “de relé de protecção da rede radial,”

Δt = t2 - t3= tac.2 + t lent.3 + tT3 + tres.

Donde:Tac.2- aceleração possível por razões ou motivos diferentes (não

relacionadas de facto e oposta do relé calculados, os seus parâmetros e etc.) a protecção AK2 (do interruptor Q2);

tlent3- a lentidão possível pelo mesmo princípio de protecção de AK3 (interruptor de Q3);

tT3- tempo completo de desligamento do interruptor Q3;tres- tempo de reserva

Nos relés electromagnéticos do tempo, o desprendimento do tempo de atraso (tolerância) é de +/- (0,1-0,15)s. O tempo completo de desligamento de diferentes interruptores encontra-se nos intervalos de (0,04 - 0,2)s.

Tomando Três = 0,1s, obtemos Δt = (0,1 - 0,15) + (0,1-0,15) + (0,04 - 0,2) + 0,1 = (0,34 - 0,6). Nos sistemas energéticos tomam Δt = (0,5 - 0,7)s

A sensibilidade de protecção é caracterizada pelo coeficiente de sensibilidade

Donde:


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Icc.min – corrente do c.c. no fim da zona protegida no regime mínimo do trabalho no sistema energético, i.e., dentro das possibilidades nas condições de exploração de desligamento de certas fontes, linhas eléctricas e etc. Segundo, a corrente máxima de protecção deve ser sensível com o curto-circuito na zona de protecção e no fim da linha contígua (a reacção de protecção da reserva). Para isso, considerando a resistência do arco voltaico no lugar do c.c. é necessário que se realize ou se cumpre com a condição: com o c.c. na zona a proteger de Ksen ≥ 1,2. A vantagem da corrente máxima da protecção com o tempo de atraso independente é a simplicidade do esquema e ajustamento. Desvantagens são os altos tempos de atraso de desligamento nos maiores e perigosos c.c. perto das fontes.

RELÉS DE PROTECÇÃO E AUTOMÁTICO (AUTOMATISMO)

Relé de protecção (RP) é parte automática de instalação eléctrica e sistemas energéticos. A sua tarefa principal é de detectar os sectores defeituosos do sistema eléctrico e a possibilidade de transmitir o mais rápido possível o sinal de desconexão dele. Outra parte adicional de relé de protecção é sinalização de aparecimento de regimes anormais.

Relé de protecção é realizado com ajuda de relé de vários tipos.Relé eléctrico - é o aparelho eléctrico de ligação ou desligamento

do seu circuito de saída ao atingir a sinal de entrada do valor dado ou condição designada pela aposta do relé.

Outros tipos de relés possuem vários circuitos de entrada e saída (ex.: relé de controlo de potências, resistências, interstícios, etc.)

No momento actual na exploração utilizam-se relés electromagnéticos com contactos de ligação ou desligamento, assim como relé sem contactos nos semicondutores, ferro magnéticos ou elementos de controlo magnético.


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Relés dividem em primário e secundário, assim como nos relés de reacções directos e indirectos. Relés primários são ligados directamente no circuito primário, e relés secundários através do transformador de tensão e corrente. Relé de reacção directa reage directamente no mecanismo que desacopla o mecanismo do comando comutador, e relés de reacção indirecta através de electromagneto de desligamento.

Em baixo (posteriormente) tratam-se somente de protecções realizadas com ajuda de relés secundários de reacções indirectas.

Diferem em reles principais (de medição) e adicionais (lógicos). Em avarias e regimes anormais no sistema energético mudam-se a corrente do circuito e suas fases, tensões em pontos diferentes do circuito, as direcções do fluxo de potência, frequência de corrente alternada na rede, resistências mútuas entre diferentes pontos da rede, etc. É por isso, na qualidade de relés principais utilizam o relé de correntes, de tensões, de controlo de potências, de frequências e resistências.

Nos esquemas de posição de contactos de relés, como regra, são indicados os chamados de condições normais, quando nas bobinas do relé não se escoa a corrente.

Relés de protecção subdividem-se em principal e de reserva. Principal é a protecção, destinada para o trabalho em todos tipos de defeitos ou suas partes nos limites de todo elemento protegido do sistema energético, entretanto com pouco tempo em relação ás outras protecções instaladas. De reserva é a protecção da reserva do principal em caso da sua falha ou avaria, bem como protecção de elementos mistos em caso das suas falhas ou a falha do disjuntor de elementos mistos.

EXIGÊNCIAS PARA COM O RELÉ DE PROTECÇÃO

Com os dispositivos de relé de protecção, que reagem no desligamento, até nos últimos tempos, neles são apresentadas quatro seguintes exigências:

- Reacção de selecção (escolha)- Rapidez de reacção- Sensibilidade- Segurança do trabalho

Reacção selectiva - é a reacção de relé de protecção, com a qual garante-se o desligamento só do elemento do sistema afectado (avariado). Assim é utilizada no esquema da rede radial.


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Exigência na reacção selectiva consiste em que, com ocorrência do curto-circuito no ponto K1, desliga-se somente o interruptor Q3, e com c.c. no ponto K2- interruptor Q2.

O elemento afectado do sistema é de preferência o desligar sempre o mais rápido possível. Embora a rapidez de desligamento é limitada com o tempo da reacção do próprio relé de protecção e interruptor, bem como as condições de garantem a selecção do trabalho do relé da protecção. No caso geral, o tempo de desligamento é igual:

tdes= tp.r.p + tatr + tpt.i + tarc = tp.r.p. + tatr + tdes.i

Donde:tdes- tempo de desligamentotprp- tempo do próprio relé de protecçãotatr- tempo de atrasotpt.i- o próprio tempo do interruptortarc- tempo do apagamento do arco voltaicotdes.i- tempo do deslocamento completo do interruptor

Para as protecções, sem acção de atraso do tempo, dependendo do tipo do relé e do interruptor, o tempo de desligamento é igual:

tdes = tprp + tdes,i = (0,02 /0,04) + (0,04 / =,2) = (0,06 / 0,24)s

Neste contexto, com os tipos de relés existentes e interruptores com baixo limite do tempo de desligamento do curto - circuito pode – se compor 3 - 12 períodos da corrente de frequência de 50Hz.

Os relés de protecção diferenciam em selectivos absolutos e relativos.


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Os absolutos em relação ao princípio de reacção, reagem somente com defeitos (avarias) nos elementos protegidos, e por isso eles realizam-se sem atraso do tempo.

Os relativos com o princípio de reacção pode selectivamente reagir em qualidade de protecções das reservas em avarias nos elementos mistos; eles geralmente são feitos com atraso do tempo. Nos casos particulares (por exemplo, nas redes de tensões até 35Kv) autoriza-se a utilização, não a protecções selectivas, que são diferentes tipos de protecções com relação dos selectivos.

Os relés de protecção devem ser muito sensíveis (i.e. reagentes) ás avarias nos elementos protegidos do sistema, e em série de casos - assim como com as avarias nos elementos mistos. Assim garante-se a reacção de protecção da reserva no caso de falha de um deles. Assim como por exemplo, se com c.c no ponto k1 (fig. anterior) recusa a reacção da protecção principal AK3, assim a protecção reservada AK2, sensível com este c.c, deve entrar em acção e desligar o interruptor Q2. A protecção sensível é avaliada com o coeficiente de sensibilidade Ksen.

Objectivo das redes eléctricas

O objectivo das redes eléctricas é a distribuição de energia eléctrica aos consumidores.

A escolha do tipo, potência, número e lugar de colocar as fontes de alimentação é um trabalho particular do projecto complexo. Este problema é resolvido em consideração da rede eléctrica correspondente.

CALCULO DE DISPOSITIVOS DA TERRA

a) Cálculo de dispositivos da terra nas instalações com neutro isolado.

Segundo a estandardização nas instalações eléctricas de 6 – 35KV com o neutro isolado, a resistência de dispositivo de terra em qualquer tempo do ano deve ser:


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Donde It- a corrente em curto na terra calculada, A, que se pode determinar conhecendo o comprimento eléctrico de cabos da linha lc, km, das linhas aéreas la, km, e a tensão da rede Un, V:

Se no neutro é ligado o reactor da terra, assim para o cálculo da corrente toma-se a corrente igual a 125% da sua corrente nominal. A corrente calculada que encontra – se em curto com a terra deve ser determinada para este tipo de exploração do esquema da rede, em que esta corrente possui o maior valor.

A resistência do dispositivo da terra das instalações de 6-35KV não deve ultrapassar 10ohm.

Nas instalações eléctricas ate 1KV com o neutro isolado, a resistência do dispositivo da terra deve ser:

O valor de Rt não deve ser superior a 4 ohm.

N.B. elemento da terra → cabo ou sistema ligado á terra.

O dispositivo da terra é feito em forma de uma – duas filas horizontais e verticais de elementos da terra.

Nos dispositivos de distribuição abertos superior a 1 KV á volta da superfície, ocupada de equipamentos, cola-se uma circunferência (uma volta) fechada de elementos da terra horizontais, no qual junta – se o equipamento. O cálculo destes tipos de dispositivos com objectivos práticos exactos em abundância, pode ser apresentado em seguinte ordem:

1. Determinam o cálculo da corrente It e com (A) ou (B) Rt (em mistura de dispositivos de terra com diferente tensão toma-se menos dos valores exigidos).

2. Determinam a resistência natural de elementos da terra natural Rnat. Se Rnat < Rt, assim o elemento da terra artificial não é preciso, a terra liga-se não menos de dois pontos com o elemento da terra natural.

Se Rnat > Rt, assim é necessário os elementos da terra artificial, a resistência que deve ser igual:

3. Determinam a resistência específica do solo ou terreno calculado

ℓcal. = Kep ℓ


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Donde – resistência específica do solo ou terreno medida comℓ humidade normal.

Kep- coeficiente das épocasNas zonas climatéricas (zona 2 e 3) de eléctrodos verticais de

3-5 m, Kep =1,45-1,3; de eléctrodos horizontais Kep=3,5-2,53. Determinam a configuração provisória do dispositivo da terra

em consideração da sua disposição no território experimentado, donde a distância entre os eléctrodos verticais toma-se não inferior aos seus comprimentos. No plano do dispositivo da terra, determinam o número aproximado dos elementos da terra verticais e comprimento dos elementos da terra horizontais.

4. Determinam a resistência de um elemento de terra com:

rv= 0,366 cal/l x (2l/d + 1/2log(4t+l)/(4t-l), ou rℓ haste=0,27 calℓ

Donde :

cal - a resistência específica do solo ou terreno calculada, Ohm.mℓl - comprimento da haste, m.t - profundidade colocada, igual a distância de superfície da terra até a metade do elemento da terra.

d - diâmetro da haste.

5. Determinam o número de elementos da terra verticaisnv= rv/Rart * ηv

Donde: ηv – coeficiente da utilização dos elementos verticais da terra, depende da distância entre eles, seus comprimentos e números.

6. Determinam a resistência dos elementos da terra horizontais com:

rv= 0,366 cal/l x log2lℓ 2/bt, em consideração do coeficiente da utilização de pólos ηv

Donde: l - comprimento entre pólos, m

b - largura de pólos, mt - profundidade colocado, m

A secção de pólos não pode ser inferior a 48 mm2, a grossura não inferior a 4mm

Rh= rh / ηv

7. Determinam a resistência necessária do elemento vertical da terra.

8. Determinam a precisão de quantidade de elementos verticais de terra.

n´v= rv/Rv * ηv

Donde: Professor Doutor Pedro Kuma Diatilo Finalista do curso de electromecânica Edvaldo Tomás Boaventura

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η´v- valor exacto do coeficiente de estilização.

Á base dos resultados do cálculo, acerta-se a configuração do elemento da terra.

CÁLCULO DE DISPOSITIVO DA TERRA NAS INSTALAÇÕES ELÉCTRICAS SUPERIOR A 1 KV COM O NEUTRO TERRA EFECTIVO

Instalações eléctricas com 110 KV e mais que trabalham com o neutro terra efectivo. Em caso da avaria do isolamento de umas das fases, surge a curto-circuito (CC) monofásico, a corrente do CC, considerável por conseguinte, no elemento de terra a tensão pode ser muito grande. No Ut=It Rt, donde é visto que para diminuir a tensão no dispositivo da terra é necessário diminuir a resistência Rt. Segundo a estandardização, a resistência do dispositivo de terra das instalações eléctricas de 110 KV e mais, em qualquer tempo do ano não deve ultrapassar 0,5 ohm. Embora que em corrente do CC de 4-8 KA, a tensão no elemento de terra compõe 2-4 KV, e por isso é necessário tomar medidas para desligamento rápido do CC e a igualdade do potencial dentro do dispositivo da terra. Para a igualdade do potencial no território ocupado pelos equipamentos, estende-se ou coloca-se ao longo o elemento da terra, ao longo do eixo do equipamento na profundidade de 0,5 – 0,7 m e na distância de 0,8 – 1 m da profundidade e ligam-se entre eles o elemento da terra transversalmente com uma distância de 4 -20 m dependendo da disposição dos equipamentos. O cesto de pólos da terra iguala o potencial, a tensão de contacto diminuirá para igualar o potencial nas entradas e saídas, prevê-se o elemento da terra vertical com o comprimento de 3 – 5 m com a distância entre eles igual a largura de entrada ou saída, ligados a volta da terra. O órgão externo da instalação eléctrica não é aconselhável ligar com o dispositivo da terra, com a distância da fronteira (limite) do dispositivo da terra até o órgão deve ser não inferior a 2m.

Se o elemento da terra não cabe dentro do vedado, ele pode ser transportado fora da instalação eléctrica, obrigatoriamente com igualdade do nível potencial com ajuda da placa com a vedação externa numa distância de 1m dele e com uma profundidade de 1m horizontalmente do elemento da terra. Este elemento da terra deve ser ligado com o dispositivo da terra não com menos de quatro pontos.

O dispositivo da subestação com maior entrada 110/0,4KV pode ser juntado com a terra da rede dentro do sector até 1KV. Neste caso para igualar os potenciais é necessário colocar na terra numa profundidade de 1 m e numa distância de 1m da fundação do edifício e do elemento da terra, ligados com construções metálicas das estruturas metálicas e rede da terra (neutro), e nas entradas e saídas do edifício colocar os condutores adicionais numa distância de 1 e 2 m do elemento da terra numa profundidade de 1 e 1,5 m e liga-os


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com elemento da terra. É possível ou pode ser utilizado a fundação de ferro - betão na qualidade do elemento da terra, se esta garante o nível permitido ou admissível de igualar os potenciais. A forma indicada pode não ser utilizada, se ao redor do edifício e as entradas possuem calçamento de asfalto.

O cálculo do dispositivo da terra, normalizada com a resistência Rt, pode ser conduzido na mesma ordem, como das instalações com o neutro isolado. Obrigatoriamente é resultado da resistência do cesto de pólo a terra e o controlo das suas secções com durabilidade térmica.

Como foi visto anteriormente, o homem que toca com o equipamento afectado, cai sobre a tensão de toque Utoque, que compõe uma porção de tensão no elemento de terra.

Utoque= Ktoq.* Ut

Done Ktoq- coeficiente do toque, que depende do carácter da corrente no solo, isto é, da resistência específica do solo, a sua uniformidade, da configuração do dispositivo de terra, da resistência do corpo do homem e a resistência de extensão da corrente nos pés. Dependendo da duração de acção da corrente no homem, normaliza-se a tensão de toque (choque):

Duração de acção, 1......até

0,1 0,2 0,5 0,7 1 1 - 3

A tensão máxima do toque permissível, V

500 400 200 130 100 65

Para o cálculo do prolongamento de acção, tomam o prolongamento da circulação da corrente no c.c do monofásico, composto de tempo de acção de relé da protecção e o tempo de desprendimento (abertura) do disjuntor ou interruptor.

De acordo com estandardização do dispositivo de terra pode ser feito segundo a norma da tensão de choque ou toque. A resistência do dispositivo da terra neste caso determina-se com a tensão permissível no dispositivo da terra corrente de curto na terra.

Ut= Utoq.perm/ Ktoq.

Assim como Ut = It * Rt, assim

Rt.perm = Utoq.perm/(It * K toq)

No território da instalação eléctrica colocam-se elementos horizontais de terra longitudinalmente e transversalmente numa


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profundidade não inferior a 0,3 m de forma que possa diminuir a tensão de toque (choque). Obrigatoriamente utiliza-se a terra ou elemento da terra natural, e com a necessidade elementos de terra verticais. Para reduzir a tensão de toque, o lugar de trabalho pode ser feito enchendo-o de camada de brita com grossura de 0,1- 0,2 m.

O cálculo do dispositivo de terra com a tensão de toque exige a consideração de muitos factores e é realizado com os programas elaborados na IBM (computador).

CALCULO DO FIO NEUTRO

Nas instalações ate 1 KV com o fio neutro a terra toma-se do neutro uma ligação metálica da parte protegida da instalação com a fonte neutra. A fonte neutra á terra é de trabalho, e a sua resistência não deve ultrapassar 2,4 e 8 ohm correspondente com as tensões lineares de 600, 380 e 220 V de fonte de corrente trifásica. Esta resistência deve ser garantida com a utilização de elemento terra natural e repetidos o fio neutro da terra da linha aérea ate 1KV. A ligação do neutro do transformador ou gerador com elemento da terra é realizada com um condutor especial, com a secção não inferior a permissível na estandardização. O neutro á terra deve ser colocado perto do transformador (gerador), e para o sector interno da subestação perto da parede do edifício.

O condutor neutro do trabalho do transformador até a caixa de distribuição é feito de fios, cabos de edifícios, cabos cobertos de alumínio, com a condutibilidade não inferior a 50% da condutibilidade de fase.

Na qualidade de condutores neutros de protecção utilizam-se condutores isolados ou não isolados, fios neutros, e cabos neutros e condutores, aço em fita de ângulo assim como a construção metálica do edifício, a via sob a torneira, os tubos condutores de aço, os fios condutores de cobertura metálica, etc. nas linhas aéreas o neutro é realizado com condutor especial, colocado nos mesmos suportes com os condutores das fases. O condutor neutro do trabalho deve ser de novo ligado á terra: nos fins da linha aérea com o comprimento superior a 200 m; nas derivações da linha aérea; nas entradas da linha aérea com instalação eléctrica.

A resistência de cada elemento da terra referida não deve ser superior a 15, 30, 60 ohm; e a resistência total de todos elementos da terra referidos não superior a 5, 10, 20 ohm para instalações eléctricas de 660, 380, 220 V respectivamente. Para realizar a repetição do elemento da terra em primeiro lugar utilizam-se o elemento da terra natural (a parte subterrânea do suporte, a protecção terra do trovoeiro)

Como já foi visto no esquema do elemento neutro do equipamento nas instalações ate 1 kV com fio neutro á terra.


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No caso da avaria no isolamento da instalação com fio neutro á terra, acontece o curto-circuito monofásico, a corrente que será:

, M - malha

Donde: Uf – tensão de fase da rede

ZM= – impedância da fase de malha do condutor

neutro.

ZT – impedância do transformador em curto-circuito com a carcaça, os valores que estão apresentados em baixo:

Potencia do transformador, KVA

40 63 100 160 250 400 630 1000

A resistência calculada,

0,65

0,413 0,26 0,162 0,104 0,065 0,043 0,027


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Ohm

Na fórmula anterior, com a precisão permissível toma-se a soma algébrica de Z e ZT em vez das suas somas geométricas. A corrente de curto-circuito que circula em malha de fase – do condutor neutro; deve levar ao desligamento imediato da parte afectada. Para esta a unidade de corrente do curto-circuito com a corrente colocada do disjuntor automático ou a corrente nominal do elemento calibrado do fusível próximo deve ter o valor normalizado na estandardização como mostra a tabela.

Tipo de aparelho protegido

Unidades (unitárias) na instalaçãoCom o meio normal

Com o meio explosivo

Fusível de desligação automático com a característica da dependência reversiva

3 In,3 In

4 In,6 In,

Disjuntores automático com desligamento electromagnético

1,4 In, em In ≤ 100 A

1,25 In, em In > 100 A

1,4 In, em In ≤ 100 A

1,25 In, em In > 100 A

O calculo do neutro consiste em determinação da resistência de fases e condutores neutros em esquema da rede, em conta da corrente do curto-circuito, já visto, e a comparação da unidade da corrente do curto-circuito com o valor normalizado. A resistência da malha da fase – fio condutor nulo, tubos do aço, condutores de pólos e outros, utilizados para o neutro, pode ser determinado utilizando manuais de projectos eléctricos e outros livros eléctricos.

A existência de defeitos nas instalações eléctricas faz com que o

mundo actual preocupasse bastante nas melhores possibilidades de protecção nos equipamentos das instalações eléctricas, principalmente nos sistemas de potência os geradores, dos transformadores, dos barramentos e as linhas.

Protecção de geradores

Os dispositivos de protecção classificam-se em:


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CAPITULO

2


Protecção contra os defeitos externos do gerador. Protecção contra os defeitos do gerador.

Existem dispositivos constituídos por meio de relês e outros não constituídos por meio de relês.

Medidas preventivas

Os dispositivos não constituídos por meio de relês temos como exemplos:

Pára-raios. Indicadores de circulação de óleo. Termóstatos.

Na qualidade de dispositivos de protecção contra os defeitos externos de geradores e medidas preventivas temos:

Reles térmicos, contra a sobrecarga. Reles temporizados, a máxima corrente de

sequencia negativa, contra o funcionamento sob carga desequilibrada.

Reles de potência inversa, contra funcionamento do gerador como motor.

Para protecção contra os defeitos internos de gerador temos:

Protecção diferencial contra os curto-circuitos entre enrolamentos de fases diferentes.

Protecção contra os defeitos à massa do estator. Protecção contra os defeitos à massa do rotor. Protecção contra os curto-circuitos entre espiras da

mesma fase. Protecção contra a abertura dos circuitos de

excitação, etc.

Outros dispositivos de protecção de geradores temos:

Dispositivos de rápida de excitação, contra a tensão própria.

Contra incêndio, contra os defeitos de arcos voltaicos.

Protecção de transformadores

As principais são:

Contra os curto-circuitos. Contra as sobrecargas.


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- Protecção diferencial

- Grandes transformadores - Protecção Buchholz

Protecção contra Curto-circuito

- Relês temporizados de sobrecarga

- Pequenas <1000KVA e média potência em sistemas

radiais. - Fusíveis.

- Imans térmicas.

Protecção contra sobrecargas

- Relês térmicas.

N.B. Sobre tensões de origem atmosférica e aquecimento inadmissível dos enrolamentos devido a sobrecargas constantes e frequentes reduzam a vida dos isoladores dos enrolamentos e por conseguinte conduzem aos curto-circuitos entre espiras ou entre fases.

Protecção de barramentos

A protecção selectiva dos jogos de barras tais como diferencial e por fio – piloto que em caso de defeito actuam somente no troço defeituoso da linha bem definida.

As barras precisam uma protecção rápida devido de grandes concentrações de energia que nelas frequentemente produzem – se as que provocam grandes perdas materiais e as perturbações a exploração do sistema eléctrico.

Factores que dificuldade a generalização do emprego da protecção dos jogos de barras:

A existência de segurança de serviço e selectividade absolutas.

A complexidade de comutação a ser feita automaticamente nos circuitos auxiliares, em caso de defeito numa secção no caso de barras múltiplas e/ou seccionadas.

Possibilidade da estrutura da protecção: Colocação de relês temporizados tipo mínimo de

impedância, nas linhas de alimentação de barra.


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Uso de relês de sobrecorrente (I>>), em conexão diferencial, ou relês diferenciais compensadas, vendo-se a diferença entre as correntes que entram e saem da barra.

Protecção de linhas

Os principais defeitos nas linhas são de curto-circuitos, também de certo ponto as da sobrecarga.

As protecções devem ocorrer na máxima rapidez possível nas tensões altas e principalmente nas super altas tensões.

O tempo de desligamento é inversamente proporcional à sensibilidade das redes.

A complexidade dos dispositivos de protecções depende das exigências apresentadas quanto a velocidade de desligamento (protecção) do circuito ou sistema.

Protecção temporizada

- Redes radiais.

Relê de sobrecorrente com tempo bem definido - Redes anéis quando se abre o

disjuntor de acoplamento.

- Redes de media tensão.

- I de c.c >> In do relé. Relê de sobrecorrente com tempo inverso

- Desligamento dos disjuntores sucessivos a partir do mais

próximo do defeito. - Desligamento instantâneo (dispositivos) à

máxima corrente, em cabos em cargas limitadas.

- Redes de até 20kV com alimentação unilateral mas com linhas paralelas ligadas entre si por barramento comum.

Protecção direccional de sobrecorrente temporizada

- Rede única em alimentação bilateral.

- Redes de alta e super alta tensões


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Protecção com reles de distancia

- Redes de média tensão em malha com alimentação multilateral. (mais utilizada ultimamente).

Protecção diferencial longitudinal, por fio – piloto - Redes de média e alta – tensão, linhas aéreas até cerca de 10 km nos quais são inseridos os transformadores.

Protecção diferencial comum (semelhantes a dos transformadores) - Redes ou linhas de curtas de algumas centenas de metros.

Protecção diferencial transversal Usa-se quando não for suficiente a protecção longitudinal e a de distancia, esta exige também relés direccionais.

- Cabos e linhas aéreas paralelas.- Protecção selectiva

- Baseada na diferença de correntes entre cada linha em cada de defeito.

- Protecção contra os defeitos à terra (relés indicadores de defeitos ou eliminadores com esquemas clássicos)

- linhas aéreas e cabos (defeito monofásico) com a corrente activa ≤ In.

Com correntes capacitivas (redes com neutro isolado) de valor baixo.

- Linhas

Protecção contra sobrecarga (relés térmicos diversos) Tempo constante ≤ do cabo a proteger


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- Sem ocorrência do desligamento propriamente dito.

- Religamento automático - ocorrem muito rápido após - Somente nas linhas não aos cabos (nos defeitos tipos auto - alguns décimos de segundos extintores ≈ 80% de casos).

- Religamento monopolar - Redes de alta e super alta tensões.

- Religamento tripolar - Linhas muitos longos (algumas centenas de kilometros e tensões muitos elevadas, devido a dificuldade de extinção do arco residual realimentado pelo efeito capacitivo entre fases.

Obs. Nas aéreos de media tensão, com maior incidência de defeito, já que elas costumam ter neutro isolado ou aterrado por meio de resistência de grande valor ohmico é indicado o religamento automático tripolar.

Analise de protecção de linhasSistema radial com um consumidor:

Para protecção desta linha, no caso de falha no ponto F suficiente ligar um relé disjuntor ou um relé de sobre carga no início da linha.

Atendendo a complexidade da produção segura ou eficiente, para além dos dispositivos já citados são necessários mais outros componentes que varia de sistema ao sistema, de disposição tipos de falha das eficientes dos próprios dispositivos de protecção.

Sistema radial com vários consumidores


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Onde:F1, F2, F3 – Fault (falha)Cons. (A, B, C, D) – são os Consumidores.

Para protecção deste sistema para além dos dispositivos anteriormente utilizados (disjuntor e relé de sobrecarga) utiliza – se temporizadores para a selectividade de actuação dos dispositivos de protecção, dependendo das posições das falhas.

Os relés são ajustados segundo as correntes dos defeitos.O sistema de protecção depende da corrente e do tempo.

Sistema com alimentação bilateral e vários consumidores

Neste tipo de sistema, já que na linha encontra – se duas fontes de alimentação, existe a necessidade de determinar o sentido da alimentação. Aqui para além das noções da selectividade, corrente e tempo, a determinação do sentido da corrente por sua vez o fluxo de corrente joga um papel importante.

A determinação do sentido da corrente permite – nos escolher ou calibrar os relés para permitir a melhor selectividade do sistema de protecção bloqueando ou permitindo a sua actuação.

Faz – se com que, em cada troço (intervalo entre dois consumidores, os relés de extremidade “olhem” para dentro


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somente, e a falha aí se encontra, eles actuação ou, ou na falha desses dispositivos, imediatamente actuação os próximos, em acção de retaguarda.

Sistema com alimentação bilateral, duplo circuito de transmissão e diversos consumidores.

Para a protecção deste sistema, as considerações anteriores tornam – se inadequada, porque existe nas filas de transmissão, a falha de um troço não implica que tem que se desligar o troço em paralelo: o sentido da corrente pode variar consoante o tipo e a posição da falha. Neste contexto pata além das considerações já conhecidas, surge a necessidade de introduzir mais o conceito da distância entre o dispositivo da protecção e a posição donde ocorrem a falha.

Para melhor protecção utiliza – se a seguinte selectividade:

Os relés discriminadores que medem a distância entre sua localização (distância do defeito).

A corrente que pela qual calibra – se o relé de sobre corrente.

Tempo que permite a selectividade de actuação. O sentindo da corrente (e fluxo) que permite o relé actuar

ou bloquear.

Obs: É da responsabilidade do engenheiro de protecção tomar as decisões mais adequadas, dependendo das circunstâncias reais dos sistemas e falhas, utilizando toda a sua capacidade térmica e intelectual.

Protecção de geradores

De uma forma geral a protecção dos geradores ocorre contra dois tipos de falhas:

1. Falha de isolamento - Curto – circuitos (entre espiras, entre fases e entre fases e terra)


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- Perda do campo - Carga desequilibrada do

estator.2. Condições anormais de funcionamento· - Sobre velocidade.

- Vibrações. - Sobrecarga

As exigências para em a protecção do gerador: Actuação rápida para falhas internas (I2 t). Insensibilidade as falhas externas à zona de protecção estabelecida;

Limitações do valor da corrente defeituosa para a terra; Sinalização e iluminação das condições anormais e perigosas.

Quando se fala da protecção de gerador, resume – se todo o seu sistema composto de:

Gerador, propriamente dito; Turbina ou maquina motriz (primaria). Do conjunto gerador – turbina. Do conjunto gerador – motor (Diesel ou não). Auxiliares (fontes de corrente continua, etc.)

Esquema de protecção de gerador

- Contra curto – circuitos.- Retaguarda.

1. Para estator - Contra sobreaquecimento.- Contra circuito aberto.

- Contra curto – circuitos no campo2. Para Rotor

- Contra sobreaquecimento (desequilíbrio da carga no estator).

3. Sobretensões.4. Subfrequencia.5. Perda de excitação

6. Perda de sincronismo.7. Super excitação.

8. Perda de vapor.


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9. Vibrações.10. Sobre velocidade.

Protecção diferencial do estator contra curto – circuito.

- No curto – circuito entre duas fases.Protecção diferencial - Para falhas à terra (neutro do gerador

aterrado) - Diminuição de danos do arco sobre as

laminas do núcleo (relés diferenciais percentuais de alta velocidade).

A protecção diferencial (relé diferencial do gerador) auxiliada por relé auxiliar ocorre simultaneamente, que são:

Desligamento do disjuntor principal, do campo, do neutro. Frenagem da turbina. Abertura de CO2 da protecção contra incêndio. Alarmes ópticos e acústicos. Sinalização do painel. Transferência dos auxiliares da central para a finte da reserva.

Obs: Ajuste 5% inicialmente, (10 – 20)% do regime nominal de TC ou TI.

Fig. (10.1, 10.2, 10.3)

Protecção diferencial do estator contra C.C entre espiras

Curto – circuito entre espiras (relé de sobre corrente em conexão diferencial transversal). Nos blocos – gerador – transformador. Curto – circuito fase – fase (protecção diferencial longitudinal).

Obs: Ajuste é de 5% da corrente nominal do gerador.

Fig. 10.4


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A energia é uma das bases da economia de um país. Um valor especial para o desenvolvimento económico é eléctro – energética,

que joga um papel catalizador no processo não somente industrial, mas também em todos outros da vida social.

Este papel catalizador de energia eléctrica, universalmente explica-se devido da sua utilização separadamente, assim como a possibilidade da sua concentração em grandes escalas. A flexibilidade do processo da automatização com utilização da energia eléctrica por exemplo, torna insubstituível a prestação de energia.

As estações eléctricas, que contribuem na produção de energia eléctrica:

1. Estação eléctrica térmica (central eléctrico térmico) ou central termo eléctrico

Central de calefacção. Central de condensação.

2. Central hidroeléctrica. Eléctrica acumulação.

3. Central eléctrica atómico ou central atómico-electrico

4. Central eléctrica de turbina à gás central eléctrico de turbina a gás

5. Central eléctrica a base de águas termais.6. Central eléctrica maremotora.7. Central eléctrica de acumulação por meio de

bombas.8. Central eléctrica solar.9. Central eléctrica eólica.10. Central eléctrica que produz corrente de tracção.

A maior parte da energia produzida ao nível mundial é com a base das centrais termoeléctricos e hidroeléctricos.

A parte eléctrica das centrais eléctricas é estreitamente ligada com outras partes, por isso o regime do seu funcionamento como regra ou norma deve ser vista em combinação com regime de trabalho de outros equipamentos tecnológicos (de turbina, de caldeira, etc.).

Vejamos certas particularidades de regimes tecnológicas de certos tipos de centrais eléctricas:


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CAPITULO

3


Cd – caldeiaVs –

Ventilador soprador

AQP – Água química purificada

BA – Bomba de alimentação

A – FumoTb – TurbinaK –

CondensadorE – EjectorDr –

Desaerador Introduza –se o combustível na caldeira (carvão, mazute ou alcatrão de petróleo, turfa, xisto), aquecendo o ar e água alimentar (a sua perda é compensada pela água química purificada A.Q.P). A passagem do ar é realizada pelo ventilador soprador VS, e a água alimentar pela bomba de alimentação BA. O fumo criado pela queima do gás A é lançado através do tubo de fumo ou escape (altura 100 – 250m) na atmosfera.

O ar picante de caldeira é lançado na turbina a gás Tb, donde possa através de uma série de estágios, realizando o trabalho mecânico – gira a turbina e o rotor do gerador que nele fortemente ligado.

O ar produzido entra na condensadora K (permutador de calor): aqui é condensado com ajuda da circulação através do condensador uma grande quantidade de água fria, (5 – 25ºC) e o caudal de água que circula é de 50 – 80 vezes superior do que o caudal de ar através do condensador.

As fontes com águas frias podem ser rios, lagoas, reservatórios de água artificial, tanques especiais de água, etc., donde a água fria é transmitida ou lançada no condensador com ajuda de bombas de circulação do condensador. O ar que cai no condensador através de incompacidade é afastada com ajuda de ejector (bomba á jacto) E. Produto de condensação, que se produz no condensador, com ajuda de bomba do condensador Ak transmite –se no desaerador DR, que serve para tirar da água de alimentação gases e em primeiro lugar, o oxigénio que provoca o aumento de corrosão no tubo de caldeira. No desaerador também transmite – se ou efectua – se a purificação química de água. Depois de desaerador a água de alimentação com a ajuda da bomba de alimentação BA é lançada na caldeira. A água aproximada é aquecida, o aquecimento que é realizado por aquecedores de pressão diferentes que distribuem vapor de selecção da turbina assim como na parte caudal da caldeira. A passagem ou a libertação da massa principal do vapor através do condensador faz


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com que; 60 – 70% de energia térmica, produzida pela caldeira, sem efeito relacionar – se com a água circulante.

As particularidades de C.E.C.T são as seguintes:1. Constrói-se dentro das possibilidades perto de local de

nascimento do combustível;2. A parte fornecida da energia produzida é lançada

produção na rede eléctrica elevadora de tensão eléctrica (110 – 750kV);

3. Trabalham no gráfico livre de produção de energia (i.e. não limita a quantidade de consumidores térmicos); a potência pode mudar da máxima calculada até na mínima tecnológica;

4. É de manobrável (viragem da turbina e o conjunto da carga do estado arrefecido exigem 3 – 10 h);

5. Baixo ganho ( = 30 – 40%).Central hidroeléctrica. (C.H.E)

A potência de CHE depende de caudal de água através da turbina e a carga (de pressão) ou altura (queda de água). H

Essa potência, kW, é determinada pela expressão:

Donde: - Caudal de água, m3/c;- Altura de queda de água, m;

- Somatório de ganho.

;

- ganho de estação (construção de condutor de água)- ganho de turbina hídrica

- ganho de gerador hídrico.

Pergunta: Qual é a altura de barragem de Cambambe? Professor Doutor Pedro Kuma Diatilo Finalista do curso de electromecânica Edvaldo Tomás Boaventura

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As particularidades de C.H.E são:1) Constrói – se onde existe ou tem recursos hídricos e a

condição para a construção, o que geralmente não coincide com o lugar de colocação da carga eléctrica;

2) A maior parte da energia eléctrica produzida é lançada nas redes eléctricas de alta tensão;

3) Trabalha num gráfico livre (com a presença de reservatório de água);

4) Alta manobrável (viragem e conjunto de carga leva 3 – 5 minutos);

5) Possui alto ganho ( = 85%).

Como verificam – se, a central hidroeléctrico quanto aos regimes de parâmetros apresenta série de vantagens em relação a central térmica, embora actualmente haja vantagem na construção das centrais térmicas ou atómicas. O facto determinante é de capital de investimento e do tempo de construção de estação (central).

Tarefa: fazer certos levantamentos das seguintes barragens ou centrais hídricas.

Barragem Custo capital unitário(x/kW)

Custo de energia eléctrica X/(kWh)

Tempo ou duração de construção

(Anos)

CambambeCapandaMabubaMatala Biopio

Central eléctrica e calefacção (C.E.C)

Diferentemente da C.E.C.T, o C.E.C apresenta a maior quantidade da distribuição do vapor, uma parte é produzida na turbina para necessidades industriais e residências. Os consumidores residenciais (aparelhos domésticos) geralmente recebem a energia térmica das redes de aquecedores (RA). Com a redução da carga eléctrica da C.E.C inferior a potência do consumo térmico necessário para os consumidores, a energia térmica pode ser adquirida com ajuda ou através dos dispositivos redutores da refrigeração (DR), alimentação por um vapor picante de caldeira.


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Quanto maior for a distribuição do vapor da turbina para os fins de calefacção, menor será a energia térmica que libertam –se da água circulante, por conseguinte, maior será o rendimento de central eléctrico. Também de salientar que para evitar as queimas na parte traseira posterior da turbina, através dela deve ser garantido em todos regimes a passagem de uma determinada quantidade de vapor.

Devido da falta de relação da potência de consumo entre a energia térmica e eléctrica, C.E.C geralmente funciona no regime de condensação (misto), o que reduz a sua (economia ou rentabilidade) fiabilidade económica.

As particularidades de C.E.C são:1) Constrói – se perto dos consumidores da energia

térmica;2) Geralmente trabalha com combustível;3) A maior parte da energia eléctrica produzida é

transmitida aos consumidores perto da região ou zona (ao redor) (com ajuda do gerador ou tensão elevada);

4) Funciona num regime ou gráfico segundo as necessidades da produção de energia térmica (isto é, o gráfico depende do consumo térmico);

5) Menos manobrável (tal como e CECT);6) Possui um somatório de rendimento elevado para

uma grande distribuição do vapor necessário para o consumo doméstico e industrial = 60 – 70%.


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Central eléctrico atómico (C.E.A)

A central eléctrica atómica é projectada e construída com reactores de tipos diferentes nos térmicos (caloríficos) ou neutrões velozes em esquemas de mono circuito, bicircuitos ou tricircuitos.

A central eléctrica atómica pode ser construída para a produção somente da energia eléctrica, análogo ao central eléctrica de condensação térmica (CECT), ou para a produção de energia térmica e eléctrica, análogo CEC.

O esquema principal simplificado de duplocircuito de CEA é apresentado na figura a seguir:


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Como mostra a figura, equipamento do 2º circuito, indo à turbina Tb e condensador K, análogo ao equipamento de central eléctrico térmico. O primeiro, o circuito radioactivo contem reactor (R), gerador à vapor (GV) e bomba de alimentação (BA).

Na qualidade de material físsil na CEA geralmente utiliza – se urânio 235U (92 protões e 1143 neutrões) em forma do concentrado de oxido – protoxido de U3O8.

Absorvendo um neutrão, urânio 235U divide – se em duas partes (fragmentos) com libertação de energia. Em desintegração de 1kg de urânio 235U liberta – se energia de 21,6 milhões kWh 216 Gwh, o que equivale a energia, libertada em combustão aproximadamente 2900 toneladas de carvão.

Urânio na terra não é pouco, mas 235 U nele é somente de 0,714%, e a maior massa (99,28%) compõe 235U, que normalmente não se desintegram. Foi encontrada a possibilidade de utilizar e esse isótopo com alcance de plutónio Pu, também material desintegrado:

Na CEA também pode – se utilizar o tório Th, na qual alcança – se o material desintegrado 233U.

Pela primeira vez no mundo a fábrica de CEA com uma potência de 5MW foi posta em exploração na ex – URSS em 27/06/1954. em 1956 – 1957 foi lançado o agregado de CEA na Inglaterra (Coller – holl com potência de 92MW) e no USA (no Sheppingport, com potência de 60MW). Mais tarde expandiu – se com mais força noutros países tais como, Inglaterra, França, Japão, Suíça, RFA, etc.

A precisão foi de que nos anos 2000, os CEAs produziriam 50% de energia total produzida no mundo, embora ultimamente o desenvolvimento de CEA em certos nazes de força maiores reduziu – se notavelmente.

Particularidades de CEA:1) Pode ser construído em qualquer lugar geográfico,

assim como nos lugares de acesso difícil ou complicado;2) Pelo seu regime é autónomo de série (vários)

factores externos;3) Exige menor quantidade de combustíveis;4) Pode trabalhar no regime da carga livre (excepto

atómicos de CEC);5) Muito sensível com a mudança do regime

principalmente como em consideração de trabalho económico para o CEA, utiliza – se a base principal do gráfico carga do sistema energético;

6) Menos polui a atmosfera; desprendimento de gases radioactivos e aerossol não é muito e não ultrapassa o valor, a norma da sanidade permitida. Nesta relação CEA apresenta – se mais limpo, que a CEC.


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Estação Eléctrica de turbina à gás (E.T.G)

Esquema principal

O rendimento do ETG com agregados de 25 – 100MW cumpre (29 – 34)%. São de alta manobráveis e são utilizados no sistema energético na qualidade de standby (reservas) de fontes de energias atómicas, assim como na quantidade de cobrir as fontes no ponte pico do gráfico da carga.

Estação Eléctrica Diesel (E.D)

Esquema principal


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O seu elemento principal Gerador – Diesel, conjunto de motor de combustão interna M.C.I e gerador de corrente alternada G. ED é móvel (portátil), autónomo, a razão pela qual é utilizada nas regiões difíceis de acesso, assim como para a distribuição eléctrica nos consumidores das aldeias. Hoje em dia nos países com situação de energia eléctrica regularizada, estas são utilizadas na qualidade de reserva no caso das avarias dos sistemas das fontes de alimentação das necessidades internas em individuais de CEA e RCEH, complexas.

Estação Eléctrica eólica

Não de grande potência, são utilizados na qualidade de fontes de energia eléctrica nas aldeias, nos locais de acesso difíceis, nas estações meteorológicas e outros lugares, onde conserve numa forma estável, o tempo com vento. O calculadamente, com a superfície terrestre no campo de 1km2 pode conseguir em média 250 – 750 kW de potência e produzir 2,19 – 6,57 milhões kWh de energia eléctrica por ano.

Actualizar a produção anual à nível de países de grande produtores de energia eólica).

Estação solar (E.S)Esquema principal

A estação solar encontram a utilização em série de países, que possuem um número elevado de dias solares por ano. Segundo os dados publicados o rendimento de ES pode ser elevado até 20%.

Estação Eléctrica Geotermal (E.G)

Utiliza-se a energia barata das fontes termais do subsolo.

Esquema principal


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A estação geotérmal trabalha na Islândia, Novas Zelândia, Nova Guine, USA, na Itália, etc. na Itália, por exemplo, no ano 1986 fornecia 6% de energia total produzida na electro – energética.

Estação a fluxo (maré alta) – são chamadas também cápsulas de agregados e hídricos, são construídas, donde apresenta uma queda considerável de nível de água no tempo de fluxo (maré alta) e maré baixa. De maior potência de 1000MW, na grande britânica com 7260 MW.

Esquema de ligação eléctricas de estações e subestações eléctricas.

Conceito geral As exigências principais para com esquemas, materiais normais.

Estação eléctrica é a única activa (gerador) e o elemento mais importante para qualquer sistema energético.

A instalação, incluindo a parte eléctrica da estação é realizada cumprindo um determinado esquema que abrange a estrutura interna e a ligação ou relação mútua entre elementos da instalação. No caso geral o esquema de ligação eléctrica – este é o esboço, no qual é apresentado os elementos de instalação, ligados entre eles numa sequência que se encontram na realidade. Na pratica embora sobre o termo de “esquema de ligação eléctrica” geralmente entende – se não somente os desenhos, mas também a realidade física, que condicionalmente é apresentado no desenho. Como por exemplo, dizem, “esquema eficaz”, “esquema económico ( de fiabilidade económico)”, “esquema em bloco de instalações eléctricas”, “esquema da potência de extracção de estação eléctricas”, etc.

Esquemas de ligação eléctricas e a disposição dos dispositivos neles relacionados são os elementos mais importantes da estação eléctrica ou subestação eléctrica. Estes diferenciam em esquemas principais e esquemas das necessidades internas. Esquema principal apresenta o circuito ou rede no qual transmite – se a energia da fonte para os consumidores dependendo da indicação da instalação eléctrica, o esquema da necessidade interna apresenta o circuito das necessidades internas da instalação. Professor Doutor Pedro Kuma Diatilo Finalista do curso de electromecânica Edvaldo Tomás Boaventura

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As exigências apresentadas para com esquemas de ligação eléctricas e a construção e instalações de distribuição de estação e subestação eléctricas são:

a) A eficiência do trabalho;b) Fiabilidade económica;c) Flexibilidade técnica, isto é, capacidade de

adaptação fácil na mudança das condições de trabalho de dispositivos e a exploração dos circuitos primários e secundários confortáveis, possibilidades de automatização;

d) Serviços de segurança;e) Possibilidades de ampliação;f) Ecologicamente limpo, quer dizer pouca influência

no meio ambiente (barulho, fortes campos eléctricos e magnéticos, desprendimento de substancias prejudiciais, etc.).

g) Estas exigências abrangem os aspectos técnicos, económicos, sociais, políticos e ecológicos, que são considerados neste momento na fase de projecção, da construção e exploração de vários objectos técnicos.

Para a escolha de esquemas de ligação eléctricas de estação e subestação eléctrica influenciam vários factores, tais como:

a) Tipo de estação (subestação);b) O número e a potência dos geradores e

transformadores de força;c) A existência de carácter e potência de carga local;d) Categoria de consumidores;e) O papel de estação eléctrica, no sistema energético,

o valor da potência de reserva no sistema, a capacidade de passagem da ligação (transmissão) de sistema interno e externo, prognostico de desenvolvimento;

f) Esquemas e tensões adjacentes de redes eléctricas do sistema energético;

g) O nível da corrente de curto – circuito;h) Existência de equipamentos necessários para

parâmetros e efectividade do seu trabalho;i) O valor da perda em caso da falha de distribuição e

a insuficiência de energia eléctrica aos consumidores, assim como o valor da perda do sistema em caso de avaria de desligamento dos geradores, blocos, terminais (pontos) de geradores, linha de transmissão eléctrica de alta tensão, a ligação externas, etc.;

j) Existência do campo para a construção de dispositivos de distribuição;

k) Experiência e o dinamismo cientifico dos projectistas.


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Para projectar a parte eléctrica da estação eléctricas para além das normas, utiliza – se certos normativos de materiais, que são:

a) Regra de construção de dispositivos ou instalações eléctricas;

b) Regra de exploração técnica de estação eléctrica e redes;

c) Regra da técnica da segurança na exploração de dispositivos eléctricos de estação e subestação;

d) Norma de projecção técnica de electroestação térmica e redes térmicas;

e) Norma de projecção técnica de estação eléctrica atómica;

f) Norma de projecção técnica de estação hidroeléctrica;

g) Norma de projecção técnica de subestação de alta tensão (35 – 750kV);

h) Indicações pilotos e normativos na projecção do desenvolvimento do sistema energético;

i) Indicações pilotos na projecção do sistema de controlo e medição na estação eléctrica;

j) Indicações pilotos na determinação de estabilidade do sistema energético;

k) Indicações pilotos no cálculo de corrente do curto – circuito;

l) Normas e regra de construção;m)Regra da segurança do incêndio.

Escolha de elementos principais

A escolha de esquema principal de ligação eléctrica de uma estação eléctricas é realizada na base do projecto afirmado ao desenvolvimento do sistema energético.

Para os objectos de energéticos geralmente utiliza – se dois estádios (etapas) de projecção: elaboração do projecto técnico e elaboração do projecto do trabalho (implementação).

No projecto, o desenvolvimento do sistema energético indicam: a tensão da rede (circuito), nos quais será produzida a energia eléctrica da estação (central) eléctrica; gráficos da carga (tempo seco ou chuvoso); a quantidade de horas da utilização máxima; o cálculo da potência de sobrecorrente entre redes de tensões diferentes; a disposição eficaz de blocos em redes; esquema de redes e o número de linhas em cada tensão; os cálculos existentes e o limite d nível de correntes do C.C permitida no dispositivos de distribuição do elevador de tensão; exigências para com esquema de ligação eléctricas no que diz respeito a estabilidade de sistema eléctrica; estes


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dados são indicadores para cada etapa do desenvolvimento da central eléctrica e sistema energético.

O esquema principal da ligação eléctrica da central eléctrica com carga de gerador de tensão são projectados ligando – os com esquemas de disposição das redes ou com esquema de distribuição eléctrica das empresas industriais.

A escolha de esquema principal de subestação regional de 35 – 750kV ocorre com a consideração de desenvolvimento do esquema do sistema energético, assim com a confirmação do desenvolvimento da linha (rede) regional nos cinco próximos anos com a perspectiva de 10 anos ou esquema de distribuição eléctrica da região.

Para confirmar o esquema de desenvolvimento da rede eléctrica deve – se determinar:

Região da montagem de subestação; O número (valor), da potência aparente e

tensão nominal de cada enrolamento do transformador; assim como o intervalo ou limites de regulação de tensão;

O nível de tensão nos terminais de subestação;

Dados para cálculos de curtos circuitos; Número, destino ou objectivo e carga que

partem (saem) da subestação da linha eléctrica de 35 – 750kV;

Pré – esquema principal de ligação eléctricas da subestação;

O tipo e a quantidade e potência das fontes de potências reactivas necessárias;

Regime da terra do neutro do transformador; Necessidade de montar dos reactores em

paralelo para a compensação da potência carregada da linha de alta tensão;

Dispositivos para a protecção contra a sobretensão interna, etc.;

Escolha da secção dos condutores das linhas eléctricas: Densidade de corrente (económico); Controlada com a base da temperatura; Regime do C.C Estabilidade estática de transmissão eléctrica; Condições de exploração de perdas de tensão e

potência reactiva.

Exemplo: para linha de 110kV permissível 10% C.N e 15% C. avaria.

A potência natural da linha (MV), é igual


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Donde;Un – tensão nominal de transmissão, kV;Z0 – resistência ondulatória de transmissão, Ω;

L0 – indução da linha, ;

C0 – capacidade de linha, ;

Parâmetros da linha, a velocidade de expansão das ondas electromagnéticas (v) e a velocidade da luz (C) estão relacionadas entre elas com a relação;

Para linhas aéreas v = C;Para linhas de cabos com resistividade de 4 5, a velocidade

.

Esquema dos dispositivos de repartição (D.R).

Estação e subestação eléctricas, como regra, possuem dispositivos de repartição, que são dispositivos eléctricos, destinados para recepção de energia eléctrica das fontes e repartir – a aos consumidores. A rede (circuito) directamente ligado com DR dos elementos externos, fontes, consumidores, linha de ligação de instalações eléctricas, que contém vários aparelhos de comutação (disjuntores, interruptores, disjuntor de carga, separadores, fusíveis, etc.) é chamado a conexão.

Os dispositivos de repartição dependendo do tipo, da potência, da tensão e particularidades de regime tecnológico, as instalações eléctricas são feitos com esquemas diferentes, que condicionalmente pode dividir – se em três grupos:

1. Esquemas com comutações ligados num só interruptor;

2. Esquemas com comutações ligadas em dois interruptores;

3. Tipos de esquema simples, estes são chamadas esquemas simplificados; i. é; esquemas com o número


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reduzido de interruptores; tais como: esquemas em bloco, esquema de ramificado da passagem de linha, esquemas “pontes” e “larga pontes”. Neste grupo pode ser juntado esquemas especificados e não tipos tradicionais:

Esquema do gerador – transformador – Linha (GTL) com a nivelação do sistema de contacto;

Esquema GTL com nivelação multi – triangular;

Esquema GTL com nivelação da passagem de multi – triangular;

Esquema de contactos (terminais) dos transformadores;

Esquema de contactos (terminais) da linha; Esquema de alargado de multi – triângulos; Esquema do cesto.

Pode – se utilizar vários esquemas dependendo da tecnologia ou fiabilidade económica, mas não desobedecendo ou violando as normas estabelecidas para com estações e subestações eléctricas.

Esquema de ligação eléctricas de central termo – eléctrico (C.T.E).

Esquema estrutural

Estrutura de esquema de C.T.E

A potência do bloco dos transformadores é acordada com a potência dos geradores.


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Luminotecnia é a ciência que estuda as distintas formas de produção de luz, assim como o seu controlo e aplicação.

O seu estudo baseia – se por variações electromagnéticas simples, que podem classificar – se dependendo da sua forma de gerar – se, pelas suas manifestações ou efeitos, ou simplesmente pela sua longitude de onda.

As radiações visíveis se caracterizam por serem capazes de estimular (excitar) o sentido da vista e estar compreendidas dentro de uma gama de longitude de onda muito pequena, compreendida aproximadamente entre 380 e 780 mm (1 milimicra = m). Esta gama de radiações visíveis, está limitada de um lado por radiações


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CAPITULO

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infravermelhas, que naturalmente não são perceptíveis por o olho humano.

Uma das características mais importantes das radiações visíveis, é a cor. Estas radiações para além de siministrar uma impressão luminosa, proporcionam também uma sensação da cor dos objectos que nos rodeiam.

O receptor destas sensação de cor é o olho humano, resultando em conhecer sua sensibilidades para cada uma destas radiações.

Segundo analise vários ensaios realizados sobre as longitudes, cheguem as conclusões que nem todas as longitudes de onda produzem a mesma impressão luminosa e que a radiação que mais impressão causava era a correspondente a uma longitude de onda de 550 m , própria da cor amarelo – verde. Esta impressão ia decrescendo a direita e a esquerda do valor máximo característico, sendo para as cores vermelho e violeta os que davam uma menor impressão.

Destes resultantes obteve – se a “curva internacional de sensibilidade do olho humano” (Vê a figura):


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Outro dado digno de manter presente em luminotecnia é a “temperatura da cor”. Considera – se o corpo negro como o radiante teoricamente perfeito, este vai trocando da cor a medida que vamos aumentando a sua temperatura, adquirindo no principio a tonalidade de um vermelho sem brilho, para logo alcançar o vermelho claro, a laranja, o amarelo, o branco, o branco azulado e finalmente o azul.

Desta ideia nasce a “temperatura do cor” e se utiliza para indicar a temperatura de uma fonte de luz por comparação desta com a cor do corpo negro a determinada temperatura, assim por exemplo, a cor da chama de vela é similar a um corpo negro aquecido a 1800ºK, dai diz – se que a temperatura da cor da chama de uma vela é de 1800ºK.

A temperatura da cor pode ser aplicada somente as fontes da luz com uma semelhança da cor do corpo negro, como por exemplo a luz do dia, a luz das lâmpadas incandescentes; a luz das fluorescentes, etc.

Obs: A cor das lâmpadas de vapor de sódio, não coincide com a cor do corpo negro a nenhuma temperatura, assim não pode ser comparada com ela, não lhe assemelhar a nenhuma temperatura da cor.

Temos assim algumas temperaturas da cor:

Céu azul 20000ºK. Céu nublado 7000ºK. Luz solar directa 5000ºK. Luz de vela 1800ºK.

- Lâmpadas fluorescentes: Branco cálido 3000ºK. Luz de dia 6500ºK.

- Lâmpadas incandescentes: Normais 2600ºK. Halogéneas 3100ºK.

Existem uma certa relação entre a temperatura de cor e o nível de iluminação, de tal forma que a maior temperatura de cor, deve corresponder também com a maior iluminação para conseguir uma sensação agradável.

Parâmetros da luz

Partindo do principio de que para falar da iluminação é necessário contar com a existência da uma fonte de luz e de um objecto a iluminar, as magnitudes que devem ser conhecida e definida são:

Magnitude Unidade Símbolo Fluxo luminoso Lúmen (lm)


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Nível de iluminação ou iluminancia

Lúmen/m2 ou Lux

Intensidade luminosa Candela ILuminancia Candela/m2 L

O fluxo luminoso e a intensidade luminosa são magnitudes características das fontes de luz, indicando a primeira como a quantidade de luz emitida pela dita fonte em 1 segundo em todas as direcções, a segunda indica a quantidade de luz emitida em 1 segundo e numa determinada direcção.

Fluxo luminoso ( ): é a magnitude que mede a potência ou caudal de energia da radiação luminosa e pode – se definir da seguinte maneira:

O fluxo luminoso é a quantidade total de luz radiada ou emitida pela fonte durante 1 segundo.

Donde: - é o fluxo luminoso;


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Q – é a quantidade de luz emitida em lúmen por segundo.t – é o tempo de radiação em segundo.

O lumem como unidade de potência corresponde a 1/680 W

emitidos à longitude de onda de 550 m .

Exemplos de fluxos luminosos:

Lâmpadas de incandescência de 60 W

730 Lm

Lâmpadas fluorescentes de 65 W “branca”

5100 Lm

Lâmpadas halogénea de 1000 W 22 000 LmLâmpadas de vapor de mercúrio 125 W

5 600 Lm

Lâmpadas de sódio de 1000 W 1200 000 Lm

Nível de iluminação

Em nível de iluminação ou iluminância define-se como o fluxo luminoso incidente por unidade de superfície.

O lux é a iluminação de uma superfície de 1 m2 quando sobre ela incide, uniformemente repartido, num fluxo luminoso de 1 lumem.

Exemplos de níveis de iluminação:

Meio-dia em verão 100 000 Lux.Meio-dia em Inverno 20 000 Lux.Oficina bem iluminada 400 à 800 Lux.Sala bem iluminada 20 Lux.Lua cheia com céu claro 0,25 à 0,5 Lux.

Intensidade luminosa

A intensidade luminosa de uma fonte de luz numa direcção dada, é a relação que existe entre o fluxo luminoso contendo num ângulo sólido qualquer, cujo eixo coincide com a direcção considerada, e o valor do dito ângulo sólido expressado em estereoradianos.


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Donde:I – Intensidade luminosa em candelas;

- Fluxo luminoso em Lúmens; - Ângulo sólido em estereoradianos.

A candela define-se como 1/60 da intensidade luminosa por cm2

do “corpo negro” à temperatura de solidificação do platino (2 042 ºK).

O estereoradiano é o valor de um ângulo sólido que determina sobre a superfície duma esfera um casquete cuja a área é igual ao quadrado do raio da esfera considerada.

Exemplos de intensidade luminoso:

Lâmpada para farol de bicicleta sem reflector 1 Cd.Lâmpada PAR – 64 muito concentrada

200 000 Cd.

Farol marítimo 2 000 000 Cd.

Luminância é a intensidade luminosa por unidade de superfície perpendicular a direcção da luz.

A luminãncia L expressa-se em Candelas/cm2 ou candelas/m2.


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Se a superfície considerada S1 não for perpendicular à direcção da luz, considera – se –a como real, que resulta de projecção de S1

sobre dita perpendicular.

.

Por tanto:

Exemplo de luminãncia:

Filamento de lâmpada incandescente

10 000 000 Cd/m2

Arco voltaico 160 000 000 Cd/m2

Lua cheia 2 500 Cd/m2

Com ajuda da figura e algumas das formulas anteriores, podemos chegar a conclusões que:

Sendo

Teremos

Considerando que os fluxos luminosos e as intensidades iluminas são iguais em ambas superfícies, teremos:


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Segundo estas formulas observamos como uma fonte de luz com uma intensidade luminosa de 200 candeias na direcção do eixo da figura determinada sobre um ponto situado a 1 metro da distancia, um nível de iluminação de:

Se agora suponhamos que o ponto está situado a 3 metros, o nível da eliminação reduzirá numa nona parte.

Quando a superfície iluminada não é perpendicular à direcção do raio luminoso, a iluminância ou nível de iluminação, é modificado por co-seno do ângulo de incidência, que é o ângulo formado para a direcção do raio incidente e a normal à superfície no pólo considerado.

Assim teremos:

Supondo que o ponto e luz se encontra a uma altura H; sobre a horizontal,


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E portanto

Por exemplo se supomos uma fonte de luz a uma altura de 8 metros, com uma intensidade luminosa de 200 candeias, num ponto que forma 20º com a vertical, o nível da iluminação em dito ponto será:

Lâmpadas e seus componentes

Com o desenvolvimento da tecnologia, começou a surgir cada vez mais vários tipos de lâmpadas que vão adaptando uma série de componentes e aparelhos auxiliares tais como casquilhos, suportes das lâmpadas, reactâncias, etc.

Como foi focado anteriormente, a energia eléctrica pode construir uma fonte de luz, por qualquer dos seguintes processos: o arco eléctrico, a lâmpada incandescente, o tubo luminescente, a lâmpada fluorescente, etc.

O processo de iluminação por tubo luminoso é utilizado, particularmente, para indicações luminosas.

Os tubos luminescentes são utilizados na exploração de redes de media e alta tensão.

Integrados nos electroscópios permitem verificar a falta de tensão nos condutores.

Pode-se fazer contra – prova por exemplos, depois de ser utilizado em condutores “sem tensão”, verifica-se o bom funcionamento do tubo luminescente.

O tubo luminescente é constituído por: dois invólucros metálicos colocados nas extremidades, um tubo de vidro contendo um gás (néon, árgon, etc.), sob uma pressão reduzida.

Este funciona de seguinte forma: aplicando uma tensão aos eléctrodos (invólucros), o gás ilumina-se; torna-se condutor.

Um tubo cujos eléctrodos distam apenas se alguns milímetros (busca-pólos) ilumina-se mesmo sob uma tensão reduzida.

Quando a distancia entre os eléctrodos aumenta, a tensão necessária para iluminar o gás pode ser de ordem de vários milhares de volt. Produz-se neste caso uma luz mais intensa.

Lâmpadas de incandescentes

A incandescência é um sistema no qual a luz é produzida com a passagem da corrente eléctrica através de um filamento condutor.


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Vários materiais são utilizados para a construção dos filamentos, de uso exclusivo encontrados o tungsténio ou wolfranio, cuja temperatura de fusão é de ordem de 3400ºC, com temperaturas normais de trabalho de 2500 – 2900ºC, com longa durabilidade e maior rendimento.

Um factor importante que condiciona a vida do filamento é “fenómeno de evaporação” que consiste em que devido às elevadas temperaturas do filamento, este emite partículas que o vão gastando lentamente, provocando roturas.

Para evitar este fenómeno, os filamentos são feitos em forma de espiral e a ampola é preenchida com um gás inerte à uma determinada pressão. Este gás inerte é composta da mistura de nitrogénio e árgon.

O tamanho da ampola envolvente depende da potência eléctrica. Na qualidade de ampola, actualmente utiliza-se mais vidro à cal. As formas também são várias, dependendo da estética de cada um.

O casquilho tem como a missão de segurar os dois fios que saem do filamento, através do vidro, ao exterior, ao mesmo tempo serve da união com a rede de alimentação. Existe vários tamanhos e formas de casquilhos, mas os mais frequentemente utilizados são de rosca Edison E-27, para potências inferiores a 300W e rosca E-40 ou Goliat em lâmpadas de igual potência ou superior.

O comportamento destas lâmpadas depende dos espectros de radiações que as compõem, isto é, em função da energia radiada numa determinada potência.

A energia radiada por estas lâmpadas tem um carácter contínuo e que a maior parte da energia encontra-se na zona das cores vermelhas (~600 – 780mM) e somente uma pequena parte é feita na zona da cor violeta (~380 – 400mM). Deste deduz-se que a luz radiada por este tipo de lâmpadas se assemelha à luz solar.

O rendimento ou eficácia luminosa de uma lâmpada expressa-se como o quociente entre o fluxo luminoso e a potência eléctrica consumida.

A eficácia das lâmpadas incandescentes é a mais baixa de todas as lâmpadas e é da ordem de 8 Lm/W para as lâmpadas de pequena potência e da ordem de 20 Lm/W para as de grandes potência.

Não se deve confundir a eficácia de uma lâmpadas com o rendimento de transformação “energia eléctrica e energia luminosa”. Porquanto a totalidade da energia eléctrica aplicada às lâmpadas se transforma em luz, é difícil encontrar rendimentos piores.

O fluxo luminoso das lâmpadas incandescentes não é constante ao longo da sua vida. Isto acontece devido do fenómeno da evaporação do filamento, já que as partículas de tungsténio desprendidas por filamento se depositam sobre a parede interna de ampola escurecendo-a, por outro lado o desgastamento do filamento


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faz aumentar a sua resistência, o que provoca uma diminuição da potência absorvida. Ambos efeitos provocam uma diminuição do fluxo total emitido.

Ao longo da vida media duma lâmpada de incandescente, a depreciação do seu fluxo vai aumentando progressivamente a chega de alcançar mais ou menos 20% ao atingir a vida média.

Considera-se a vida media duma lâmpada à duração média de um grupo de lâmpadas em funcionamento em regimes normais (condições normais). Este é um dado importantíssimo de qualquer tipo de lâmpada, já que na base disto, podemos definir ou determinar o rendimento económico da instalação.

A vida média das lâmpadas de incandescência é aproximadamente de ±1000 horas. A vida média das lâmpadas de incandescência é a menor de todas lâmpadas, mas devido das suas características é a mais utilizada na iluminação das residências.

A tensão de alimentação de uma lâmpada de incandescência é o factor que afecta a todas suas variáveis: resistência eléctrica do filamento, corrente, potência, fluxo luminoso, eficácia luminosa e vida média. Pode-se enquadrar todas essas variáveis numa mesma característica em função de tensão de alimentação.

As lâmpadas incandescentes são as primeiras a fornecer a luz pela acção da energia eléctrica depois das lâmpadas de arco.

As lâmpadas modernas incandescentes têm uma vida aceitável (a ciclo de iodo).

Lâmpadas fluorescentes

Lâmpadas fluorescentes de cátodo quente a baixa tensão.

Estas lâmpadas apresentam muitas vantagens pelo seu rendimento, um brilho escasso, boa durabilidade, uma modesta temperatura de funcionamento e outras mais características consideráveis.

Estas não acendem instantaneamente como é o caso das lâmpadas incandescentes, e necessitam aparelhos auxiliares para o seu funcionamento tais como aparelhos para o pré-aquecimento dos


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cátodos e de regulamento da corrente de exercício e outros dispositivos especiais.

São sensíveis às variações da tensão e às baixas temperaturas.Elas requerem condensadores de refasagem para aumentar o

factor de potência que deve ser quase 100% já que a factor de potência apresentado para estes tipos de lâmpadas ronda a volta de 50 – 70%.

Nos circuitos a corrente alternada a corrente de operação é limitada pela impedância (reactor), disposta em série em relação aos filamentos e nos circuitos a corrente contínua pelas resistências de características adequadas.


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Lâmpadas fluorescentes a cátodo quente a média tensão.

O principio de funcionamento é igual das lâmpadas fluorescentes a cátodo aquele pré – aquecido a baixa, mas com qualidades diferentes e por conseguintes vantagens diferentes.

A forma construtiva também é diferente, comparando com das de baixa tensão, estes são de menor diâmetro e maior comprimento. Cada extremidade possui um único pino que encabeça um grosso filamento. É de funcionamento instantâneo, graças a reactores especiais que fornecem uma tensão capaz de produzir centenas de arco e limitar a corrente operacional.

Os condensadores de rafasagem ajuda melhorar o factor de potência.

Estes são de elevados rendimentos, longa durabilidade, menos sensíveis nas variações de tensões e temperaturas em relação as de baixa tensão.

Para o funcionamento intermitente, o desgaste é menor.Exige unidades especiais na porta – lâmpadas ao se tirar as

lâmpadas, devido das presenças de elevada tensão que apresentam.


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Figuras

Lâmpadas fluorescentes de cátodo frio

As lâmpadas fluorescentes de cátodo frio (tubos de néon) – aplicadas somente para a iluminação por ser de menor rendimento. O princípio de funcionamento é igual as das fluorescentes anteriormente analisadas. São de menor diâmetro e maior comprimento. Cada extremidade é composta de um único eléctrodo tubular, grande.

São de vida longa, cor ao gosto, podem funcionar em regime intermitente. Exigem alta tensão para funcionarem, adquirindo com ajuda de transformadores a dispersão, limitando assim a corrente de arco.

Necessita boa refasagem para melhorar o factor de potência e cuidados especiais devido da elevada tensão, maior cuidados na instalação no caso de série composta por tubos e certos cuidados para evitar interferências nos aparelhos receptor de rádio e televisor durante o funcionamento das instalação com tubos fluorescentes de cátodo frio.


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Lâmpadas de bulbo fluorescentes.

Com maior utilidade para iluminação publica e industrial devido do maior rendimento e durabilidade que apresentam. Princípio de funcionamento igual a todas fluorescentes, mas por estas a excitação do pigmento fluorescente é obtido por uma componente interno vapores de mercúrio que emite raios ultravioletas no invólucro de fora especial.

Acendem lenta e gradualmente.Baixo factor de potência (necessita limitador de corrente)

Figura

Lâmpadas a vapor de sódio e mercúrio.

São características na iluminação industrial de grandes armazéns, praças e depósitos. Na iluminação pública são empregados apenas as lâmpadas a vapor de sódio e geralmente, só nos cruzamentos, pois alem da alta eficácia, sua luz amarela corresponde à cor distintiva do sinal de perigo. A emissão monocromática das lâmpadas a vapor de sódio e de mercúrio as torna inadequadas, juntamente com outras peculiaridades técnicas negativas, ao uso na iluminação ambiental.


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São de elevadíssimo rendimento.Acendem-se lentamente (total eficácia após certos minutos).Depois de apagar – se, para acender é preciso esperar a

esfriamento.Necessitam de reactores limitadores da corrente e condensadores

para melhorar o factor de potência.


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Documents

Instalações eléctrica (proposta)