Introdução ao Sistema Elétrico: Estrutura, Componentes e Normas

1º Aula Introdução ao Sistema elétrico Objetivos de aprendizagem Ao término desta aula vocês serão capazes de compreender a estrutura do setor elétrico os principais componentes e as principais normas utilizadas de uma instalação identificar os principais agentes do setor os componentes de uma instalação elétrica e as principais normas definir os diferentes níveis de tensão os principais equipamentos e as linhas elétricas Prezadosas estudantes Para iniciarmos os estudos em instalações elétricas primeiramente precisamos entender como é estruturado o setor elétrico brasileiro e como estão organizadas as instalações elétricas pois isso facilitará a aprendizagem das próximas aulas Vamos então à leitura das aulas Boa aula Bons estudos 283 kx Entrow 100MWh Secédes de estudo e an 1 O que é0 sistema elétrico Z rs 2 O que é uma instalacao elétrica RB Ea 3 Normas tecomendadas sua a aces css aan wasp T seas estimada nos casos legislagso Prine pblen tte prevodi e mr sens See 2 para a peracio Zz Z 2 2 para o consumo O que eo sistema elétrico tag 2 ef I Ty 8 Sau 96MWh Conforme a ANEEL 2018 0 sistema elétrico de coy oe As qe es ey poténcia é dividido em geracao transmissao e distribuicao de rei we tata ak vases tasemrnnte 135 de perdas sobre a ea po sow sow aye a te na rede nas Sistemas energia elétrica Para transmissao distribuiao sao utilizados man Bereta Sabot ooo Perdis alo tenicas 135 75 6 condutores elétricos que permitem que a energia flua desde a Figura 2 Exemplo Simplificado do modelo do setor elétrico brasileiro ANEEL 2018 geracdo até o consumidor Esse sistema pode ser representado como um grande G 5 8 111 eracdao circuito elétrico onde as cargas elétricas podem escoar por A energia é gerada nas usinas que podem ser de grande varios pontos da malha porte como Itaipu e Tucurui ou até mesmo pequenos projetos oo como de usinas solares em residéncias e estabelecimentos 11 Principais agentes cometciais As principais fontes da matriz elétrica energética brasileira Le ry ey As Na Figura 1 temos o Mapeamento das Instituicdes do ainda sao predominantemente a hidrica e a fossil Ainda se a Loy ps fees Fo ines i marm in rmelétri il Biom Setor Elétrico e os niveis hierarquicos Os agentes CNPE somatmos todas as us as te Cletr cas Foss Dlomassa oe oo Nuclear com as usinas hidroelétricas elas juntas representam MME e CMSE estao ligados diretamente a presidéncia da 91 de toda getacio do pais republica Eles exercem atividades de governo além de planejamento e monitoramento do setor Enquanto que os ony CJ OO outros agentes exercem outras fungdes como por exemplo a R col Edlica zie Aneel que tem a funcao de regular fiscalizar 0 setor elétrico 8 oa o Biomassa al TA Conselho Nacional de b Nuclear Politica Energética al 1 I I Hidrica at ua EPE 64 Comité de Monitoramerto fle ss a on Ministerio de Minas 2 flea ome Empresa de Pesquisa do Setor Elétrico Energia Energetica Figura 3 Fontes utilizadas no Brasil em Operacdo ANEEL 2018 sp ae Mas nos ultimos 30 anos a tecnologia na area de geracao nt oe aaa tem evoluido de maneira significativa Com isso grandes ONS 3 aaa mudaneas estio ocorrendo principalmente na estrutura do Energia Elétri ae ilei Operador Nacional do J See s1 camara de ComercialzagSo setor elétrico mundial e consequentemente brasileiro das Sistema Eletrico de Energia Eletrica quais podemos destacar a descentralizacao da geracao No caso brasileiro a descentralizagio da geracio de Figura 1 Mapeamento das Instituig6es do Setor Elétrico CCEE 2018 sp Fonte Camara de energia elétrica representa uma mudana impactante no Comercializagdo de Energia Elétrica CCEE Disponivel em httpswwwcceeorgbrportal panorama do setor elétrico como o conheciamos até entio je iona poe facespagespublicoondeatuamoscomquem serelaciona afrLoop344159964573065 Pois no mo delo cléssico do setor como visto na Fi a2a adfctristatenjoki5ca9140403F afroop3D34415996457306526 adfctri I erack racteriz ser realizad fit iL rand seates6aDnjokiSen9 5 Acesso em 19082018 geracao se caracterizava por ser realizada a partir de grandes empreendimentos que de maneira geral se localizam a grandes distancias das areas de consumo Enquanto que outras fontes Na Figura 2 temos um exemplo simplificado de como é de geracao ao contrario podem se localizar mais proximas da o sistema elétrico A energia gerada nas usinas transmitida e C8 estao ampliando sua participacao no mercado Duas ra dessas fontes sao a edlica e a solar distribuida até os consumidotes finais 7 Graças a isso o setor passa a ter maior diversificação de fontes em sua matriz energética que não são vistas como fontes que garantiram o fornecimento de energia para o país mas são uma complementação para aquilo que já existe Destacamos esses avanços na tecnologia de geração de energia por fonte Solar Eólica e Biomassa que por meio de incentivos e investimentos públicos e privados desde que ocorreram algumas mudanças na regulamentação ganharam muito espaço na matriz energética brasileira com um grande potencial de aumentar essa participação nos próximos anos Para exemplificar o que está ocorrendo podemos comentar sobre a mini e micro geração distribuída que permite que o consumidor possa gerar sua própria energia a partir de fontes renováveis ou cogeração qualificada Veja que com isso a energia também está sendo gerada muito mais próxima das cargas dos consumidores e por meio de fontes diversas como Solar Eólica Biomassa por exemplo Para conhecer mais sobre esse tema seria necessário um curso inteiro dedicado apenas a ele Mas ao final desta Aula segue alguns links com explicação mais detalhada sobre tudo isso 112 Transmissão Após algumas mudanças ocorridas no setor principalmente nos anos 2000 a transmissão de energia como linha de negócio foi separada da geração e distribuição O objetivo naquela época era aperfeiçoar as licitações e aumentar a concorrência nas diferentes linhas de negócios Algumas empresas são outorgadas a explorar esse serviço assim como ocorre com a distribuição No Brasil esse segmento conta com 77 concessionárias responsáveis pela administração e operação de mais de cem mil quilômetros de linhas de transmissão espalhadas pelo país conectando os geradores aos grandes consumidores ou como é o caso mais comum às empresas distribuidoras No Brasil o segmento de transmissão é aquele que se caracteriza por operar linhas em tensão elétrica superior a 230 mil Volts ABRADEE 2018 sp A Transmissão se caracteriza por ter linhas de alta à altíssima tensão que normalmente podem variar de 230kV até mesmo 750kV 113 Distribuição A distribuição de energia é uma das etapas entre a geração e o consumo final da energia elétrica Assim como ocorre na transmissão há consumidores e geradores conectados a distribuição Mas do ponto de vista do consumidor a energia é recebida da transmissão em uma subestação de transformação onde a tensão é rebaixada ao nível de distribuição Dali a energia é distribuída ou diretamente para o consumidor final ou a outras subestações de rebaixamento e então até o consumidor No Brasil as responsáveis pela distribuição de energia são empresas que detém o direito de concessão para explorar esse serviço Normalmente a tensão aplicada a distribuição pode variar da baixa tensão 127V ou até mesmo a alta tensão 230kV 114 Consumidores São exemplos de consumidores de energia indústrias estabelecimentos comerciais grandes empreendimentos imobiliários residências e outros Ambos utilizam a energia produzida nas usinas que depois de transmitida distribuída chega até eles ou também podem gerar sua própria energia como é caso dos autoprodutores Conjunto composto por instalações equipamentos elétricos condutores e acessórios incluída a subestação quando do fornecimento em tensão primária caracterizado pelo recebimento de energia elétrica em apenas um ponto de entrega com medição individualizada correspondente a um único consumidor e localizado em uma mesma propriedade ou em propriedades contíguas ANEEL 2018 sp Os consumidores ainda podem ser divididos entre cativos e livres O primeiro necessariamente deve contratar energia da distribuidora já o segundo pode escolher livremente seu fornecedor de energia 12 Níveis de tensão Há diferentes níveis de tensão que no Brasil são padronizados pelo inciso III e o 2º do art 47 do Decreto nº 47019 de 26 de fevereiro de 1957 Assim conforme Brasil 1957 sp transmissão e subtransmissão 750 500 230 138 69 345 138 kV distribuição primária em redes públicas 345 e 138 kV distribuição secundária em redes públicas 380220 e 220127 volts em redes trifásicas 440220 e 254127 volts em redes monofásicas Ainda quanto ao nível de tensão o consumidor irá ser dividido em dois grandes grupos O Grupo B e o Grupo A Onde o primeiro são aqueles atendidos em baixa tensão já o segundo são aqueles atendidos em alta tensão Os grupos ainda são divididos em outros subgrupos conforme a resolução normativa 414 de 2010 da Aneel Vejamos Assim de acordo com a ANEEL 2010 p 5 temos que Grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão inferior a 23 kV caracterizado pela tarifa monômia e subdividido nos seguintes subgrupos a subgrupo B1 residencial b subgrupo B2 rural c subgrupo B3 demais classes e d subgrupo B4 Iluminação pública O Grupo A é composto por unidades consumidoras 285 Instalações Elétricas 8 com fornecimento em tensão igual ou superior a 23 kV ou atendidas a partir de sistema subterrâneo de distribuição em tensão Ainda de acordo com a ANEEL 2010 p5 a subgrupo A1 tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV b subgrupo A2 tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV c subgrupo A3 tensão de fornecimento de 69 kV d subgrupo A3a tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV e subgrupo A4 tensão de fornecimento de 23 kV a 25 kV e f subgrupo AS tensão de fornecimento inferior a 23 kV a partir de sistema subterrâneo de distribuição O Grupo A é caracterizado por ter tarifa binômia consolidada em Demanda e Consumo 2 O que é uma instalação elétrica Nesta seção de maneira geral apresentaremos as principais normas e os conceitos para iniciar os estudos referentes a instalações elétricas Procuraremos abranger o máximo de conceitos possíveis para depois aprofundarmos os estudos Para isso vamos definir primeiramente o que é um sistema elétrico Segundo Cotrim 2003 p1 Um sistema elétrico é formado essencialmente por componentes elétricos que conduzem ou podem conduzir corrente enquanto uma instalação elétrica incluí componentes ou não conduzem corrente mas que são essenciais ao seu funcionamento tais como condutos caixas e estrutura de suporte Nessas condições a cada instalação elétrica corresponderá um sistema elétrico Há inúmeros cuidados que se deve tomar com relação à eletricidade por isso as normas procuram estabelecer critérios técnicos para o correto dimensionamento dos componentes instalados no sistema elétrico para garantir a segurança do sistema dos componentes e também dos usuários das instalações 21 Componentes da Instalação Para Cotrim 2003 p3 os componentes das instalações é o termo empregado para designar itens da instalação que dependendo do contexto podem ser materiais acessórios dispositivos instrumentos equipamentos máquinas conjuntos ou mesmo segmentos ou partes da instalação 22 Equipamentos elétricos Segundo Cotrim 2003 p3 o equipamento elétrico é unidade funcional completa e distinta que exerce uma ou mais funções elétricas relacionadas com a geração transmissão distribuição ou utilização de energia elétrica incluindose máquinas transformadores dispositivos elétricos aparelhos de medição proteção e controle Não se trata de um equipamento específico mas sim uma unidade de equipamentos com funções específicas Iremos falar de mais alguns equipamentos na Aula 3 Exemplos de Equipamentos Figura 4 Conjunto Motor Gerador a gás CATERPILLAR 2018 sp F igura 5 Linhas de Transmissão de energia REUTERS 2017 sp Figura 6 Rede de distribuição de Energia MUNDO DA ELÉTRICA 2018 spFonte Mundo da elétrica httpswwwmundodaeletricacombrcomochegaa eletricidadeemsuatomada Acesso em 26092018 23 Aparelho Elétrico Comumente se confunde a classificação do que é 286 um aparelho elétrico confundese com um equipamento fungdes de manobra protecio ou controle Contudo como vimos a definiéo de equipamentos é mais E importante observar que um dispositivo abrangente elétrico pode por sua vez ser parte integrante a i H Nesse caso podemos utilizar a definigao de Cotrim 2003 de uma unidade maior ros ys 3 o termo aparelho elétrico é utilizado para designar Lo a P P os P gn As principais fungdes exercidas pelos dispositivos equipamentos de mediao e certos equipamentos de 4s x ros elétricos sao utilizagao como aparelho eletrodoméstico aparelho pos eletroprofissional aparelho de iluminagao Manobra Chaves Fusiveis disjuntores e contatores ro C omando Contatores teles de sobrecarga e 24 Linha Elétrica Con nalndot Manca centteicel S ontrolador légico programavel E comum que se confunda linha elétrica apenas como 0 Protecgdo Reles de sobrecarga disjuntores e condutor mas a linha elétrica abrange uma série de elementos Dispositivos de protecao contra surtos DPS da instalacao que sao utilizados para encaminhar o circuito Controle Controlador logico programavel e rele elétrico até o destino Os dispositivos elétricos podem combinar Uma linha elétrica é inf fung6es mas devem satisfazer todas as prescrides ma linha eletrica ec o conjunto constituido J estabelecidas na NBR 5410 Em uma instalacio por um os mais condutores com os elementos ns elétrica possivel ter os seguintes tipos de de fixagio ou suporte e se for o caso de di nando funes protegao mecanica destinado a transportar spositivos combinando fung6es energia elétrica ou a transmitir sinais elétricos nos 8 ere Tabela 1 Exemplo de dispositivos elétricos que O temo corresponde ao inglés wiring sysem e bi fancd OLTRONIERL 2018 no francés canalization combinam fungoes P As linhas elétricas podem ser constituidas apenas por condutores com os elementos Disjuntores de fixacio eou suporte como é 0 caso de a condutores fixados a paredes ou tetos e de Manobra e Protecao de circuitos elétricos condutores fixados sobre isoladores em paredes tetos ou postes Podem também ser a formadas por condutores em condutos como f eletrodutos calhas bandejas Observe que at uma linha elétrica pode conter varios circuitos af fi COTRIM 2003 p3 li i Na Figura 7 podese verificar o conjunto de linhas 5 elétricas A linha elétrica pode conter varios circuitos Outros exemplos de linhas elétricas estao nas Figuras 5 e 6 que rf I representam respectivamente linhas de transmissao e de distribuicao Figura 8 Disjuntores ABB Fonte ABB Disponivel em httpsnewabbcomlow voltageptprodutosdisjuntores Acesso em 26092018 Reles Alguns reles exercem a fungdo de controle e protecio NS de cargas Como os reles de sobrecorrente temporizados que protegem os citcuitos de motores e iluminacao 7 KOMBIS AVE nsaa BEXEIT oo i STORUNG ca eae AUSLESUING Figura 7 Instalagdo de leito e passagem de cabos Fonte httpeletricaduarte Trerewccre Humana PHASE LI combrinstalacoeseletricasimg10 Acesso em 11092018 Go uo el ie ed Oar ye cys aw o HUNPSCT ILLS 25 Dispositivo eleétrico sen eis ieee Sao dispositivos elétricos aqueles equipamentos que OB ee ve B BLOCKADE LC to a desempenham mais de uma funcgao no circuito elétrico a 3 Segundo Cotrim 2003 p3 bos Figura 9 Rele com fungdo combinada de comando controle e protegdo Fonte Dispositivo elétrico um equipamento wyse Disponivel em httpswwwnsechenproductskombisavekombisave integrante de um circuito elétrico cujo combinedprotectionandbaycontrolunit Acesso em 26092018 objetivo é desempenhar uma ou mais Instalag6es Elétricas 10 para instalacoes elétricas fixas domésticas e andlogas Normas recomendadas ABNTNBR 113011990Célculo da capacidade de conducgao de corrente de cabos isolados em regime oy 31 NBR 5410 permanente fator de carga 100 i Procedimento ABNT NBR 141362012 Versao Corrigida 4 2013 A principal norma que fundamenta instalagoes elétricas Plugues e tomadas pata uso doméstico e andlogo até soon de baixa tensao é a NBR 5410 distribuida pela Associacgéo 20 A250 V em corrente alternada Padronizacao Brasileira de Normas Técnicas ABNT a versio mais recente desta norma é a de 2004 que possui Errata 1 de 17032008 Outas normas importantes que devem ser levadas De acordo com Cotrim 2003 p 2 a NBR 5410 éa em consideragao sao as normas das concessionatias de norma aplicada a todas as instalagdes elétricas cuja tensio distribuigdes locais Essas Normas técnicas sio documentos nominal é igual ou inferior a 1000 V em corrente alternada que formalizam 0 modelo técnicooperacional das ou a 1500 V em corrente continua CC As instalagées cuja distribuidoras Nelas os consumidores encontrarao as tensao nominal é superior a 1000 V em CA ou a 1500 V em especificagdes pata o fornecimento de energia elétrica feito CC sio genericamente chamadas de instalagoes elétricas de pot essas empresas alta tensao Por sua vez as instalagdes cuja tensao nominal Essas normas tém como principal funcgao especificar é igual ou inferior a 50 V em CA ou a 120 V em CC sao com bases em outras normas e regulamentacdes vigentes instalagées elétricas de extrabaixa tensao tegras para conex4o das unidades consumidoras seja em rede Esta Norma estabelece as condic6es a que devem primaria baixa tensao ou secundaria alta tensao satisfazer as instalagdes elétricas de baixa tensao a fim de Outras normas importantes para projetar e gerenciar garantit a seguranca de pessoas e animais o funcionamento instalagdes elétricas sao as NRs destinadas 4 seguranga do adequado da instalagdo e a conservacdo dos bens COTRIM trabalho Destacase a NR10 e NR12 2003 Esta norma aplicase as Retomando a aula Instalagdes elétricas residenciais industriais estabelecimentos institucionais e de uso publico Além de areas descobertas das ng Fn propriedades externas as edificagdes de reboques de acampamento trailers locais Chegamos ao final da primeira aula Vamos recordar de acampamento campings marinas e 0 que estudamos instalagdes analogas e de canteiros de obra feiras exposigdes e outras instalagdes ey temporarias Ela aplicase as instalagdes novas e a reformas 1 O que 0 sistema elétrico em instalacGes existentes Aos circuitos elétricos alimentados sob Nasecao 1 apresentamos o setor elétrico brasileiro como tensao nominal igual ou inferior a 1 000 esta dividido do ponto de vista dos agentes Também falamos V em corrente alternada com frequéncias dog diferentes niveis de tensao para transmissao e distribuiao inferi a inferiores a 400 Hz oua 1 500 Vem corrente de energia da classificacao e divisio dos consumidores em continua aos circuitos elétricos que nao os gtupos e subgrupos internos aos equipamentos funcionando sob ee uma tensao superior a 1 000 Ve alimentados 2 O que é uma instalacio elétrica através de uma instalacgao de tensao igual ou inferior a 1 000 V Irernad 5 si inferior a 1 000 V em corrente alternada por Nessa segao aptesentamos os conceitos biasicos exemplo circuttos de lampadas a descarga pata iniciar os estudos em instalagdes elétricas como precipitadores eletrostaticos etc I ns a toda flacko e a toda linha elétrica que nio sistema elétrico componentes da instalagao equipamentos A elétricos aparelho elétrico linha elétrica dispositivo elétrico sejam cobertas pelas normas relativas aos ap CISp equipamentos de utilizacio as linhas elétricas Apresentamos as diferencas entre cada um desses conceitos fixas de sinal com excecio dos citcuitos exemplificandoos internos dos equipamentos ABNT 2004 3 Normas recomendadas 311 Normas Complementares Na ultima secio dessa aula apresentamos a ABNT A NBR 54102004 baseiase em inumeras normas NBR 5410 que é a norma que regulamenta estabelece as colocaremos a seguir exemplos de algumas que estado validas condigdes que devem satisfazer as instalagdes elétricas de ate este momento baixa tensao Adicionalmente comentouse a existéncia de ABNT NBR 54191 2015 Protecao contra outtas normas que compde ou complementam a NBR 5410 descargas atmosféricas sendo elas consideradas na elaboracao de projetos e na gestao ABNT NBR NM 606691 2004 Interruptores gag instalac6es elétricas como um todo 11 289 Sh Vale a pena ey vas Vale a pena ler ABNT Associacao Brasileira de Normas Técnicas NBR5410Instalacdes Elétricas em Baixa Tensao Rio de Janeiro ABNT 2004 Instalacdes Elétricas de Ademaro Cotrim Pearson Prentice Hall 2003 1939 2000 Manual de Equipamentos Elétricos 4 Edicao de Joao Mamede Filho Instalagdes Elétricas Industriais de Joao Mamede Filho 9 Ed Rio de Janeiro LTC 2017 Cp Cn Vale a pena acessar Agéncia Nacional de Energia Elétrica Disponivel em httpwwwaneelgovbr Acesso em 26092018 Minas e energia Disponivel em httpwwwmme goybr Acesso em 19 de Set 2018 Sh Glossario Micro e Minigetacgao Distribuidas Desde 17 de abril de 2012 quando entrou em vigor a Resolugao Normativa ANEEL n 4822012 0 consumidor brasileiro pode gerar sua propria energia elétrica a partir de fontes renovaveis ou cogeracao qualificada e inclusive fornecer o excedente para a rede de distribuicdo de sua localidade Tratase da micro e da minigeracao distribuidas de energia elétrica inovagdes que podem aliar economia financeira consciéncia socioambiental e autossustentabilidade ANEEL 2018 sp 4 Minhas anotacdes SO