apostila eletricista claudio

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    16-Jul-2015

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CURSO DE ELETRICISTA MTG-MUNDO DE TECNOLOGIA GLOBALIZADA CONCEITOS BSICOS DE ELETRICIDADE COM VISTAS A INSTALAES

CAPTOLO 1

CONSTITUIO DA MATRIA

A compreenso dos fenmenos eltricos supe um conhecimento bsico da estrutura das matrias, cujas noes fundamentais sero resumidos a seguir. Toda matria, qualquer que seja seu estado fsico, formada por partculas denominadas molculas. As molculas so constitudas por combinaes de tipos diferentes de partculas extremamente pequenas, que so os tomos. Quando uma determinada matria composta de tomos iguais, denominada elemento qumico. o caso , por exemplo do oxignio, do hidrognio, do ferro etc..., que so os elementos que existem na natureza. A molcula da gua, como sabemos, uma combinao de dois tomos de hidrognio e um de oxignio.

Molcula de gua

Os tomos so constitudos por partculas extraordinariamente pequenas, das quais as mais diretamente relacionadas com os fenmenos eltricos bsicos so as seguintes:

1Claudio R.O.

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prtons : que possuem carga eltrica positiva; eltrons : que possuem carga eltrica negativa; nutrons : que no possuem carga

tomo com duas camadas de eltrons

Uma teoria bem fundamentada afirma que a estrutura do tomo tem certa semelhana com a do sistema solar. O ncleo, em sua analogia com o sol, formado por prtons e nutrons, e em redor do mesmo giram, com grande velocidade, eltrons planetrios. Tais eltrons so numericamente iguais aos prtons, e este nmero influi nas caractersticas do elemento qumico. Os eltrons que giram segundo rbitas mais exteriores, so atrados pelo ncleo, com uma fora de atrao menor do que a exercida sobre os eltrons das rbitas mais prximas do ncleo. Como os eltrons mais exteriores podem ser retirados de suas rbitas com certa facilidade, so denominados eltrons livres. O acumulo de eltrons em um corpo caracteriza a carga eltrica do mesmo. Apesar de o nmero de eltrons livres constituir uma pequena parte do nmero de eltrons presente na matrias, eles so, todavia, numerosos. O movimento desses eltrons livres se realiza com uma velocidade muito grande e se denomina uma corrente eltrica.

2Claudio R.O.

CURSO DE ELETRICISTA MTG-MUNDO DE TECNOLOGIA GLOBALIZADA Em certas substncias, a atrao que o ncleo exerce sobre os eltrons pequena; estes eltrons tm maior facilidade de se libertarem e deslocarem. o que ocorre nos metais como a prata, o cobre, o alumnio etc...., denominados, por isso, condutores eltricos. Quando, pelo contrrio, os eltrons externos se acham submetidos a foras interiores de atrao que dificultam consideravelmente sua libertao, as substancias em que tal ocorre so denominadas isolantes eltricos. o caso do vidro, das cermicas, dos plsticos etc.... Pode-se dizer que um condutor eltrico um material que oferece pequena resistncia passagem dos eltrons, e um isolante eltrico o que oferece resistncia elevada corrente eltrica.

GERAOA energia eltrica produzida em usinas eltricas. H vrias formas de gerar energia eltrica. Todas consistem na transformao de uma forma de energia em energia eltrica. A quase totalidade da energia gerada sob a forma de corrente alternada e produzida em mquinas eltricas chamadas alternadores. A produo de energia eltrica nestas mquinas conseguida fazendo girar uma parte destas mquinas chamada rotor. Quem faz rodar o rotor normalmente uma turbina. Se a energia for produzida numa usina hidreltrica a turbina hidrulica ; se se tratar de uma usina trmica (clssica ou nuclear) a turbina a vapor. Estes so os casos mais importantes. A produo depende da potncia dos alternadores e do nmero destes que se pem em funcionamento. Como no possvel armazenar a energia eltrica (em grandes quantidades), a produo est condicionada ao consumo.

TRANSPORTEA energia eltrica transportada maioritariamente por linhas areas, por razes econmicas, desde as usinas de produo at prximo dos consumidores. Em locais densamente povoados utilizam-se cabos subterrneos (muito mais caros), por razes de segurana. H perdas no transporte. Sempre que uma corrente eltrica passa por um condutor h perda de energia sob a forma de calor. A quantidade depende do valor da corrente. por isso que a energia transportada em alta tenso. Com alta tenso possvel transportar a mesma energia com menos corrente, visto que a energia depende do produto da tenso pela corrente.

3Claudio R.O.

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SUBSTAESAs subestaes podem ter vrias funes. Junto das usinas produtoras de energia eltrica elevam a tenso produzida nos alternadores (por exemplo 25 kV) para os elevados valores necessrios no transporte (110 kV, 220 kV, 400 kV ou mesmo 750 kV). Esta operao feita por transformadores. Estas subestaes chamam-se elevadoras e alm dos transformadores tm muitos outros equipamentos, como aparelhagem de secionamento, interrupo, proteo. Ao longo do transporte em alta tenso as subestaes so necessrias para permitir o encaminhamento da energia para diversas direes, podendo tambm permitir a interligao entre usinas. Tambm nestas existem equipamentos de secionamento para ligar ou desligar linhas por razes diversas, assim como interruptores, aparelhagem de proteo contra sobretenses, sobrecargas e curto-circuitos e outras. Nas partes finais do transporte e distribuio as subestaes asseguram o abaixamento das tenses (subestaes abaixadoras).

4Claudio R.O.

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MEDIOA energia medida em aparelhos chamados contadores de energia. Eles possuem

5Claudio R.O.

CURSO DE ELETRICISTA MTG-MUNDO DE TECNOLOGIA GLOBALIZADA um mecanismo eletromecnico que gira com uma velocidade proporcional potncia ligada e est ligado a um mecanismo de contagem. Qual a unidade de consumo utilizada ? A unidade de medida de energia no Sistema Internacional o Joule, mas como se trata de uma unidade muito pequena, os contadores esto graduados numa unidade prtica chamada watt-hora. Normalmente o consumo indicado em quilowatt-hora (kW-h) que mil vezes maior que um watt-hora Objetivo: Com esse projeto pretendemos dar ao aluno uma viso geral sobre a distribuio da energia eltrica, desde a fonte geradora, o transporte at a sub-estao e dessa at a bancada do laboratrio da escola. Complementamos o projeto com experimentos simples que podem ser feitos para simular uma rede eltrica real (sem perigos de 'choques'!) e desenvolver, paralelamente, outra srie de experimentos, trabalhando com altas e baixas tenses. A gerao da energia eltrica Na barragem h uma tubulao que permite, sob controle, a vazo da gua da represa. Ao entrar nessa tubulao a gua converte boa parte de sua energia potencial em energia cintica e faz girar uma turbina. Aps passar pela turbina (e forar sua rotao) a gua ainda apresenta energia potencial suficiente para seguir, nvel abaixo, o antigo leito do rio. O eixo dessa turbina est acoplado ao eixo de um gerador eltrico. produzida a energia eltrica. Numa usina hidreltrica, como a de Furnas , por exemplo, no existe uma nica tubulao (uma nica turbina) e sim vrias. Recomendamos uma visita ao site acima, em destaque. Esse gerador de energia eltrica, movido pela turbina (em geral do tipo Francis), gira a 60 ciclos gerando emfim a frequencia de 60 hz . (60 voltas por segundo) e, por motivos tcnico-econmicos, por maiores que sejam, so projetados para gerar tenses de at no mximo 25 kV. A potncia desses geradores, ou seja, quanto de energia eltrica eles produzem por unidade de tempo, enorme, de centenas de Mw (milhes de watts). Outro fato que merece destaque que as usinas hidroeltricas so construdas longe dos grandes centros consumidores, o que implica em transmitir a energia eltrica a longas distncias. E, que h de to importante nisso? No suficiente esticar os fios desde o gerador at os centros consumidores? No, no bem assim. H toda uma tecnologia eltrica para trazer essa energia de l at c. Para ilustrar isso, vamos partir de um problema real, usando um gerador de 13,8 kV, sob potncia de apenas 50 MW com os seguintes dados:

6Claudio R.O.

CURSO DE ELETRICISTA MTG-MUNDO DE TECNOLOGIA GLOBALIZADA Pretendemos transmitir uma potncia de 50 MW com fator de potncia de 0,85, por meio de uma linha de transmisso trifsica com condutores de alumnio, desde a usina hidroeltrica, cuja tenso nominal do gerador 13,8 kV, at o centro consumidor situado a 100 km. Admitindo-se uma perda por efeito Joule de 2,5 % na linha, determine o dimetro do cabo nos seguintes casos: a) usando linha de transmisso direta sob os 13,8 kV (essa a idia de quem acha que suficiente 'esticar' os fios diretamente do gerador at o centro consumidor). b) usando linha de transmisso sob 138 kV (linha trifsica de alta tenso). No vamos aqui colocar todos os clculos de engenharia eltrica e sim, apenas, colocar os resultados que interessam. Mas, aos interessados, basta . Como resultados que interessam, vamos apenas mostrar na figura a seguir, em escala real (verdadeira grandeza), os dimetros dos cabos calculados:

7Claudio R.O.

CURSO DE ELETRICISTA MTG-MUNDO DE TECNOLOGIA GLOBALIZADA O cabo para conduzir a energia em questo sob tenso de 13,8 kV dever ter dimetro de 13 cm e aquele para o mesmo propsito, mas sob tenso de 138 kV dever ter dimetro de 1,3 cm. Isso deixa claro o porque das linhas de transmisso da usina at os centros consumidores 'funcionarem' sob altas tenses. Para atingir esse propsito, ora elevar, ora baixar as tenses eltricas, entram em cena os transformadores. Entre o gerador da usina hidreltrica e o inicio da linha de transmisso coloca-se um transformador elevador de tenso (a distncia que os separa da ordem dos 500 m) e no final da linha de transmisso, onde est a sub-estao, coloca-se um transformador abaixador de tenso. As tenses realmente utilizadas nos sistemas de gerao e transmisso variam muito. Entre elas,