Aula 4: Sistemas Trifásicos em Eletrotécnica Geral

1 ELETROTÉCNICA GERAL 20221 AULA 4 SISTEMAS TRIFÁSICOS EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA AULA UESC 2 SISTEMAS TRIFÁSICOS Designase por sistema trifásico todo aquele que é constituído por Um gerador que fornece três tensões correntes alternadas senoidais com a mesma freqüência desfasadas de 120º Um sistema de transporte dessas tensões e correntes Consumidores de energia capazes de utilizar uma ou as três fases O gerador também designado por alternador é composto de forma geral por um rotor e um estator O rotor contém os pólos magnéticos da máquina Estes são conseguidos à custa de um enrolamento efetuado sobre um núcleo de ferro macio e percorrido por corrente contínua As extremidades deste enrolamento ligam a dois anéis montados sobre o rotor onde assentam duas escovas que permitem a ligação ao exterior O rotor roda com uma velocidade angular que conjuntamente com o número de pares de pólos define a freqüência da tensão produzida no alternador O estator é constituído por 3 bobinas iguais e colocadas de modo a definirem 3 eixos magnéticos desfasados entre si de 120º no espaço designadas por fases fase 1 fase 2 e fase 3 A forma dos pólos e o enrolamento das bobinas é tal que se consegue uma distribuição praticamente senoidal da indução magnética no entre ferro A linha de retorno é comum às 3 fases por uma questão de economia de material 1 m cos 2 m cos 120 3 m cos 120 d dt e n SISTEMAS TRIFÁSICOS 3 1 m cos 2 m cos 120 3 m cos 120 d dt e n Admitindo que as cargas são iguais entre si sistema equilibrado as correntes nas linhas serão A representação gráfica destas correntes é a seguinte Representação gráfica das correntes SISTEMAS TRIFÁSICOS 4 ANÁLISE POR DIAGRAMAS VETORIAIS FASORIAIS Tanto as tensões em cada uma das fases como as correntes nas linhas uma vez que são grandezas alternadas senoidais podem ser representadas por meio de um diagrama vetorial As tensões geradas por fase são iguais em módulo As correntes dependem da carga SISTEMAS TRIFÁSICOS 5 ANÁLISE POR DIAGRAMAS VETORIAIS FASORIAIS As tensões entre fases são obtidas pelas diferenças das tensões de fase conf mostrado no diagrama vetorial Consequentemente as tensões entre fases também são iguais em módulo No entanto apresentam também entre si uma desfasagem de 120º SISTEMAS TRIFÁSICOS 6 LIGAÇÃO EM ESTRELA Nos circuitos trifásicos há basicamente dois tipos de ligações para as cargas transformadores e geradores Ligações em estrela ou triangulo SISTEMAS TRIFÁSICOS I1 G OU V2 V3 I3 I2 V1 7 I1I12I13 I2 I21I23 I3I32I31 LIGAÇÃO EM TRIÂNGULO V23 G OU V12 V31 I3 I2 I1 I12 I23 I31 I 3 120 240 I 3 I 3 Se considerarmos as correntes de fase I12 I23 e I31 atrasadas de um ângulo em relação as tensões V12 V23 e V31 respectivamente chegase a As correntes nas fases da ligação triângulo têm módulo igual a 13 vezes as correntes na linha com defasagem de 30º ou seja SISTEMAS TRIFÁSICOS 8 LIGAÇÃO EM TRIÂNGULO V23 G OU V12 V31 I3 I2 I1 SISTEMAS TRIFÁSICOS 9 REPRESENTAÇÃO DE UMA CARGA POR IMPEDÂNCIA Seja por exemplo uma carga equilibrada com potência P e tensão V e Fator de potencia FP A impedância equivalente desta carga pode ser dada por Z V²PS² jV²QS² S PFP Q S²P² SISTEMAS TRIFÁSICOS 10 Sistemas equilibrados e desequilibrados I1 G OU V2 V3 I3 I2 V1 Sistemas equilibrados As 3 correntes e tensões possuem módulos iguais desejável InI1I2I30 Sistemas desequilibrados As 3 correntes e tensões NÃO possuem módulos iguais situação real InI1I2I3 0 In I1 I2 I3 SISTEMAS TRIFÁSICOS 11 Em um sistema trifásico dizse que as cargas estão desequilibradas se NÃO possuírem a mesma impedância nas 3 fases Neste caso considerando que as tensões estejam sempre equilibradas nas 3 fases teremos SISTEMAS TRIFÁSICOS 12 EXEMPLOS 1 Um edifício residencial possui 15 apartamentos cada um com carga monofásica igual a 4KW somente de luz Qual será a corrente máxima de carga que servirá para dimensionar os cabos Considerar tensão entre fases de 380V e FP092 SISTEMAS TRIFÁSICOS 14 EXEMPLOS 2 A carga de um gerador trifásico de tensão 115V consiste em 3 conjuntos de lâmpadas ligadas em cada um com 20 lâmpadas de 100W e um motor trifásico com fator de potência de 082 e rendimento 87 e 9HP de potência 1HP746W Obter o fator de potência da instalação a corrente fornecida pelo alternador e a impedância equivalente das cargas se ligadas em ou SISTEMAS TRIFÁSICOS 15 EXEMPLOS 3 Um sistema trifásico alimenta um motor ligado em estrela com potência de 20KVA e fator de potência 085 Sabendo que a tensão de alimentação é 440V obter a impedância equivalente para este motor considerando a ligação estrela ou triângulo Obter os valores de corrente em cada fase e a corrente de neutro SISTEMAS TRIFÁSICOS 16 Transformadores reguladores de tensão TC e TP Disjuntores e religadores Bancos de Capacitores Pára Raios Motores e Geradores Cabines de Transformação Linhas de Transmissão EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS São esses os principais equipamentos elétricos que compõe o sistema elétrico de potência SEP 17 São equipamentos que têm como objetivo elevar ou abaixar a tensão na geração ou transmissão Nessa transformação além de reduzir os custos da transmissão melhoram a eficiência do processo diminuindo as perdas e melhorando os Perfis de tensão e também possibilitam realizações de medições no sistema elétrico Transformadores reguladores de tensão TC e TP EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 18 Existem vários tipos de transformadores desenvolvidos de acordo com suas aplicações dentre os quais citamos os mais importantes Transformadores reguladores de tensão TC e TP TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA Instalados em Subestações SEs abaixadoras ou elevadoras de tensão atendem geralmente a grandes cargas com AT acima de 345KV e BT igual ou acima de 119KV e potências superiores a 250KVA em geral CARACTERÍSTICAS Altura de 6 a 8 metros Peso de 60 a 80 toneladas Vol de óleo de 16 a 21 mil litros Valor de U5 a U10 milhões EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 19 Transformadores reguladores de tensão TC e TP TRANSFORMADORES REGULADORES DE TENSÃO Tipo de transformador com relação variável sendo a máxima 11 e dispositivos para regulação de tensão através da variação do número de espiras EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 20 Transformadores reguladores de tensão TC e TP TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO São transformadores instalados na rede de distribuição para fornecer energia elétrica aos consumidores em baixa tensão Geralmente possuem ATalta tensão 345KV e BT baixa tensão 138KV potências inferiores a 250KVA e dois enrolamentos primário e secundário EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 21 Transformadores reguladores de tensão TC e TP TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS TC e TP Utilizados para medição de energia potência ou qualquer outra grandeza elétrica quando não se tem acesso direto nos níveis de tensão e corrente do circuito que se deseja medir São basicamente de dois tipos Transformador de corrente TC Transformador tipo bucha aparelho que comporta um circuito magnético com enrolamentos e que é montado sobre uma passagem isolada bucha para construir um transformador de corrente EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 22 Transformadores reguladores de tensão TC e TP Transformador de Potencial TP Um Transformador de Potencial é um Transformador convencional que tem enrolamentos primários e secundários O enrolamento primário está conectado diretamente ao circuito de potência em duas fases ou entre fase e terra dependendo da capacidade do Transformador e das exigências requeridas para sua aplicação EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 23 Cabines de Transformação Compreende transformadores painéis de alta e baixa voltagens sistemas capacitivos para correção do fator de potência barramentos blindados etc EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 24 Cabines de Transformação As cabines de transformação devem ser instaladas preferencialmente no centro de cargas com a porta de acesso abrindo para o exterior em chapa metálica devidamente aterrada com trinco e cadeado contendo afixada uma placa com a inscrição PERIGO DE VIDA ALTA TENSÃO e os símbolos característicos desse perigo EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 25 Disjuntores e religadores São equipamentos que interrompem a passagem de corrente elétrica por um circuito quando existe falhas ou por necessidade de manobras No caso de religadores poderá haver religamentos automáticos se programados EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 26 Pára Raios Os páraraios são hastes metálicas ligadas por cabos condutores ao solo bem aterrados com objetivo de proteger equipamentos e instalações de correntes de defeitos provenientes de descargas atmosféricas ou Sobretensões nas Linhas Páraraios de entrada Na Subestação Páraraios em edificações EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 27 Bancos de Capacitores São instalações cujo principal objetivo é a correção do fator de potência e melhoria do perfil de tensão de sistemas elétricos EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 28 Linhas de Transmissão São instalações elétricas projetadas para transportar a energia elétrica produzida nas usinas até os locais de consumo tais como cidades indústrias propriedades rurais etc EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 29 Motores e Geradores São equipamentos elétricos que quando alimentados por energia elétrica produzem torque mecânico Motores ou quando recebem energia mecânica produzem eletricidade Motores Gerador EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 30 Os motores elétricos podem ainda ser classificados em 2 grandes grupos Motores de CC Motores de CA EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS 31 Geração A produção de energia elétrica passa por 3 etapas principais A energia elétrica é produzida a partir da energia mecânica de rotação de um eixo de uma turbina que movimenta um gerador Esta rotação é causada por diferentes fontes primárias como por exemplo a força da água que cai hidráulica a força do vapor térmica que pode ter origem na queimado carvão óleo combustível ou ainda na fissão do urânio nuclear PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 32 GERADOR HIDRÁULICO PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 33 Geração VERTEDOURO E BARRAGEM PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 34 Geração GERAÇÃO DE ENERGIA PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 35 Geração SUBESTAÇÃO ELEVATÓRIA E TRANSMISSÃO PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 36 Transmissão As usinas hidrelétricas nem sempre se situam próximas aos centros consumidores de energia elétrica Por isso é preciso transportar a energia elétrica produzida nas usinas até os locais de consumo cidades indústrias propriedades rurais etc Para viabilizar o transporte de energia elétrica são construídas as Subestações elevadoras de tensão e as Linhas de Transmissão PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 37 Distribuição Nas cidades são construídas as subestações transformadoras Sua função é baixar a tensão do nível de Transmissão muito alto para o nível de Distribuição A Rede de Distribuição recebe a energia elétrica em um nível de tensão adequado à sua Distribuição por toda a cidade porém inadequada para sua utilização imediata para a maioria dos consumidores Assim os transformadores instalados nos postes das cidades fornecem a energia elétrica diretamente para as residências para o comércio e outros locais de consumo no nível de tensão 127220 Volts por exemplo adequado à utilização PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 38 Distribuição Pode ser dividida e 3 partes REDE PRIMÁRIA REDE SECUNDÁRIA RAMAL DE ENTRADA ou LIGAÇÃO 345KV 138KV 119KV circuito 127V 220V 380V e transformador Transformador de distribuição PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 39 REDE PRIMÁRIA Também conhecidas como média tensão são aquelas com tensão elétrica entre 23 kV e 44 kV e são muito fáceis de serem vistas em ruas e avenidas das grandes cidades freqüentemente compostas por três fios condutores aéreos sustentados por cruzetas de madeira em postes de concreto Na Bahia as tensões são de 119kV na capital e 138kV no interior Rede compacta spacer Rede primária padrão PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 40 TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO São transformadores instalados na rede de distribuição para fornecer energia elétrica aos consumidores em baixa tensão Geralmente possuem ATalta tensão 345KV e BT baixa tensão 138KV potências inferiores a 250KVA e dois enrolamentos primário e secundário REDE SECUNDÁRIA Composta de um transformador de distribuição circuito secundário e ramal de entrada PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 41 CIRCUITO SECUNDÁRIO Pode ser com cabo nu ou com cabo multiplexado Ambos com 3 fases e neutro PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 42 RAMAL DE ENTRADA cabo multiplexado de 1 a 3 fases e neutro que liga o circuito secundário da rede ao medidor de entrada do consumidor PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 43 Subestações São instalações de chaveamento eou transformação localizadas entre a Geraçãotransmissão e transmissãodistribuição Entre a geração e transmissão são chamadas de Subestações elevadoras PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 44 Subestações Entre a transmissão e distribuição são chamadas de Subestações abaixadoras PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 45 esquema geral PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 46 esquema geral PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 47