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SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA

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APRESENTAÇÃO

Acreditamos que, como nós, você lute “por um Brasil melhor” na perspectiva do desenvolvimento da

Educação Profissional

Você encontrará um material inovador que orientará o seu trabalho na realização das atividades

propostas. Além disso, percebera por meio de recursos diversos como é fascinante o mundo da “Educação

Profissional”. Gradativamente, dominará competências e habilidades para que seja um profissional de

sucesso.

Participe de direito e de fato deste Curso de Educação a Distância, que prioriza as habilidades

necessárias para execução de seu plano de estudo:

• Você precisa ler todo o material de Ensino;

• Você deve realizar toda as atividades propostas;

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Abra, leia, aproveite e acredite que “as chaves estão sendo entregues, logo as portas se abriram”.

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Contamos com a sua participação para tornar este objetivo em realidade.

Equipe Polivalente

COLÉGIO INTEGRADO POLIVALENTE “Qualidade na Arte de Ensinar”



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SUMÁRIO SUMÁRIO....................................................................................................................2 INTRODUÇÃO ..............................................................................................................3 UNIDADE I ..................................................................................................................4

VISÃO GERAL DOS SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA................................................4 UNIDADE II.................................................................................................................8

SISTEMA DE ENERGIA ELÉTRICA.................................................................................8 UNIDADE III................................................................................................................9

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ............................................................................. 10 UNIDADE IV .............................................................................................................. 16

NOÇÕS DE LINHA DE TRANSMISSÃO......................................................................... 16 UNIDADE V ............................................................................................................... 17

NÚMERO DE CIRCUITOS .......................................................................................... 17 PÁRA-RAIOS .......................................................................................................... 17 FAIXA DE SERVIDÃO ............................................................................................... 18 SINALIZAÇÃO DAS LINHAS DE TRANSMISSAO............................................................ 18 SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO..................................................................................... 18

APÊNDICE A .............................................................................................................. 21

CONCEITOS DA REDE DE ENERGIA ELÉTRICA ............................................................. 21 APÊNDICE B .............................................................................................................. 22

COMPONENTES DA REDE DE ENERGIA ELÉTRICA ........................................................ 22 APÊNDICE C -............................................................................................................ 22

MATERIAIS ELÉTRICOS............................................................................................ 22 APÊNDICE D.............................................................................................................. 24

SELEÇÃO DE CABOS PÁRA-RAIOS ............................................................................. 24 APÊNDICE E .............................................................................................................. 26

PROTEÇÃO DOS SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA.................................................. 26 GLOSSÁRIO ........................................................................................................... 28




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INTRODUÇÃO

Você esta iniciando o estudo do Módulo – SISTEMA ELÉTRICO DE POTENCIA. Você terá contato

com teorias importantes que vão proporcionar um desempenho eficiente durante o seu Curso.

O módulo esta dividido em cinco unidades e Apêndices: UNIDADE I: Visão Geral dos Sistemas

Elétricos de Potência, UNIDADE II: Sistema de Energia Elétrica; UNIDADE III: Geração de Energia Elétrica;

UNIDADE IV: Noções de Linha de Transmissão; UNIDADE V: Número de Circuitos, Pára-Raios, Faixa de

Servidão, Sinalização das Linhas de Transmissão, Sistema de Distribuição; APENDICE A: Conceitos da Rede de

Energia Elétrica; APENDICE B: Componentes da Rede de Energia Elétrica; APENDICE C: Materiais Elétricos;

APENDICE D: Seleção de Cabos Pára-Raios, APENDICE E: Proteção dos Sistemas Elétricos de Potência.

Nossa linha de trabalho abre um caminho atraente e seguro pela seqüência das atividades – leitura,

interpretação, reflexão - e pela variedade de propostas que mostram maneiras de pensar e agir, que recriam

situações de aprendizagem.

As aprendizagens teóricas são acompanhadas de sua contrapartida prática, pois se aprende melhor

fazendo. Tais praticas são momentos de aplicação privilegiados, oportunidades por excelência, de demonstrar o

saber adquirido.

Nessa perspectiva, dois objetivos principais serão perseguidos neste material. De um lado, torná-lo

habilitado a aproveitar os frutos da aprendizagem, desses saberes que lhe são oferecidos de muitas maneiras,

em seu estudo, ou até pela mídia – jornais, revistas, rádio, televisão e outros - pois sabendo como foram

construídos poderá melhor julgar o seu valor. Por outro lado, capacitando-se para construir novos saberes. Daí

a necessidade do seu estágio para aliar a teoria à prática.

A soma de esforços para que estas apostilas respondessem as necessidades dos alunos jovens e adultos, só

foi possível mediante a ação conjunta da Equipe Polivalente.

Nossa intenção é conduzir um dialogo para o ensino aprendizagem com vistas a conscientização,

participação para ação do aluno sobre a realidade em que vive.

A Coordenação e Tutores/Professores irá acompanhá-lo em todo o seu percurso de estudo, onde as

suas dúvidas serão sanadas, bastando para isso acessar o nosso site:

www.colegiopolivalente.com.br

Equipe Polivalente




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UNIDADE I

VISÃO GERAL DOS SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA

INTRODUÇÃO O progresso industrial de uma nação pode

ser medido pelo grau de aproveitamento de suas fontes de energia. A descoberta dessas fontes na natureza, o transporte da energia em suas várias formas de um lugar a outro e a conversão dessa energia para formas mais úteis, são partes essenciais de uma economia industrial. Um sistema de potência é uma das ferramentas utilizadas para a conversão e transporte da energia.

A única maneira de transportar a energia sob forma de eletricidade é usando linhas de transmissão. A linha de transmissão não pode armazenar energia e toda a energia fornecida na estação geradora é convertida simultaneamente em carga, exceto perdas do sistema.

Um sistema elétrico de potência consiste em três componentes principais: as estações geradoras, as linhas de transmissão e os sistemas de distribuição; as linhas de transmissão ligam as estações geradoras aos sistemas de distribuição; um sistema de distribuição liga todas as cargas individuais de uma determinada área às linhas de transmissão.

Um sistema de potência bem projetado compreende um grande número de estações geradoras interligadas de modo que a energia total produzida possa ser utilizada em toda a região coberta pelo sistema.

A localização das centrais hidroelétricas é fixada pela presença de quedas d’água, porém, a localização das termoelétricas utilizando combustível fóssil ou nuclear é mais flexível. As centrais termoelétricas são, em geral, distribuídas pelo sistema de tal maneira que haja pelo menos uma próxima de cada grande centro de carga. As hidroelétricas exigem, em geral, a transmissão de grandes quantidades de energia a grandes distâncias; pôr sua vez, as termoelétricas, usualmente, requerem a transmissão de energia a menores distâncias.

O crescimento do consumo pode não estar controlado pelas empresas concessionárias de energia elétrica, porém, freqüentemente, a facilidade de se obter energia a baixo preço é um incentivo para que o consumo aumente nas zonas em que isso venha a ocorrer. Uma das funções dos sistemas de potência é prever a demanda futura de energia de tal modo que, centrais geradoras adequadamente situadas e sistemas de transmissão bem coordenados, flexíveis e eficazes, possam atender a uma determinada região pôr meio de sistemas de distribuição sempre prontos a fornecer a potência requerida pela carga. À medida em que o sistema cresce, novas fontes de energia devem ser procuradas para satisfazer à crescente demanda; também novas linhas devem ser construídas para ligar estações geradoras entre si, a

um número de cada vez maior de pontos de distribuição e a outros sistemas de potência.

FUNDAMENTOS GERAIS O desenvolvimento dos sistemas de

corrente alternada teve início nos Estados Unidos em 1885, quando George Wesinghouse comprou as patentes americanas referentes ao sistema de transmissão em corrente alternada (CA) desenvolvido por L. Gaulard e J. D. Gibbs, de Paris. Williani Stanley, antigo sócio de Westinghouse, testava transformadores no seu laboratório, em Great Barrington, Massachusetts; aí, no inverno de 1885-1886, ele instalou o primeiro sistema experimental de distribuição em CA, que alimentava l50 lâmpadas na cidade. A primeira linha de transmissão em CA dos Estados Unidos foi posta em funcionamento em 1890; ela transportava a energia elétrica gerada em uma usina hidroelétrica desde Willamette Falls até Portiand, Oregon, percorrendo uma distância de 20 Km.

As primeiras linhas de transmissão eram monofásicas e a energia era consumida em geral apenas em iluminação. Também os primeiros motores elétricos eram monofásicos. No dia 16 de maio de 1888, Nikoia Tesia apresentou um trabalho em que descrevia os motores de indução bifásicos e os motores síncronos bifásicos. As vantagens dos motores polifásicos tomaram-se logo evidentes e na “Columbian Exposition” de chicago em 1893 foi mostrado ao público um sistema de distribuição bifásico. A partir de então, a transmissão de energia elétrica em corrente alternada, principalmente trifásica foi substituindo gradualmente os sistemas de corrente contínua (CC) existentes. Em janeiro de 1894 havia nos Estados Unidos cinco usinas geradoras polifásicas, das quais uma era bifásica e as demais trifásicas. Atualmente naquele país, a transmissão de energia elétrica é feita inteiramente em CA.

Um dos motivos da rápida aceitação dos sistemas de corrente alternada foi o transformador, que tomou possível a transmissão da energia elétrica em tensão maior do que a de geração ou de utilização. Com uma tensão mais elevada, uma dada potência pode ser transmitida com menor corrente, resultando em menores perdas R12 na linha. Um gerador em CA é um dispositivo mais simples que um gerador CC e isso conclui uma outra vantagem dos sistemas de corrente alternada.

A escolha da tensão de uma linha é principalmente um problema de equilíbrio entre o investimento inicial na construção da linha e nos equipamentos, e o custo de sua operação. Até certos limites, aumentando-se a tensão obtêm-se menores perdas para uma dada seção do condutor, ou condutores mais finos para unia dada perda de potência. Grande parte da economia obtida no custo do condutor, ao se projetar uma linha para maiores tensões, é perdida pelo aumento das perdas no ar que se ioniza , graças ao alto gradiente de tensão no condutor e pelo aumento dos custos de isoladores, transformadores e seccionadores.

ioniza - dissociar uma molécula em íons;



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O custo desses equipamentos cresce tão rapidamente em altas tensões, que atualmente não são econômicas linhas de transmissão acima de um certo valor de tensão. A influência nas transmissões radiofônicas também deve ser considerada na escolha da tensão.

A primeira linha de 400KV na Europa começou a funcionar em 1952, na Suécia. O sucesso dessa linha influiu no acordo feito entre as nações européias, exceto União Soviética, de adotar o nível de tensão de 380/400 KV para a interconexão dos diversos países. De início a União Soviética concordou com os 380/400 KV, porém, o superdimensionamento de suas linhas permitiu elevar a tensão para 500 KV, em 1959. A necessidade de grandes “blocos” de potência e de maior contabilidade de funcionamento deu origem à interconexão dos sistemas próximos. A interconexão é vantajosa economicamente porque requer menor número de máquinas de reserva destinadas a operar em condições de pico (capacidade de reserva) e porque menor número de máquinas funcionando em vazio são necessárias para atender repentinos e inesperados aumentos de consumo (reserva girante). A redução do número de máquinas torna-se possível porque, geralmente, uma companhia pode solicitar a outra próxima, a potência adicional que necessita. Além disso, a interconexão permite às companhias aproveitar as fontes de energia mais econômicas, podendo ser mais barato para uma companhia comprar energia do que produzi-la numa usina obsoleta . Hoje em dia já é rotina a troca de energia entre sistemas interligados de diferentes companhias. A continuidade de operação de sistemas que dependem principalmente de usinas hidroelétricas é possível em períodos de estiagem graças à energia obtida de outros sistemas através da interconexão.

Por outro lado, a interconexão de sistemas trouxe novos problemas, a maioria dos quais foi resolvida satisfatoriamente. A corrente que circula durante um curto-circuito é aumentada, obrigando à instalação de disjuntores de maior capacidade. As perturbações causadas por um curto-circuito em um sistema podem se estender aos sistemas a ele interligados, a menos que sejam instalados nos pontos de interligação, relés apropriados e disjuntores. Os sistemas a serem interligados devem apresentar não só a mesma freqüência como também suas máquinas síncronas devem estar em fase.

O planejamento da operação, o aperfeiçoamento e a expansão de um sistema de potência exigem estudos de carga, cálculo de faltas e estudos de estabilidade. Um problema importante para um funcionamento correto de um sistema é o de fixar como se deve repartir, entre as várias usinas geradoras e em cada uma, entre as diversas máquinas, a potência a ser produzida em um determinado momento. Atualmente os computadores são de grande valia na solução dos

obsoleta – ultrapassado; antigo. sícronas – simultâneas.

problemas mencionados. Tais problemas serão considerados inicialmente em linhas gerais e, em continuação, exporemos alguns conceitos fundamentais da teoria das linhas de transmissão.

Um estudo de carga é a determinação da tensão, da corrente, da potência e do fator de potência ou fator reativo nos diversos pontos de uma rede elétrica sob condições normais ou ideais. Os estudos de carga são essenciais ao planejamento da expansão de um sistema, uma vez que o seu funcionamento satisfatório depende do conhecimento prévio dos efeitos da interligação com outros sistemas, da ligação de novas cargas e de novas usinas, bem como de novas linhas de transmissão.

Uma aplicação de grande importância dos computadores em sistemas de potência é na previsão do futuro crescimento de um sistema e na simulação de condições de operação em períodos de até 20 anos. As técnicas de simulação podem ser usadas para introduzir muitas variáveis que resultam em diferentes soluções possíveis. Variando-se os dados fornecidos ao computador programado para estudos de fluxo de carga, pode-se determinar qualquer variação no sistema. Por exemplo, comumente são colocados capacitares em paralelo com uma carga ou em vários pontos da linha, a fim de aumentar o fator de potência, com o qual decresce a corrente consumida por uma carga indutiva com baixo fator de potência. A instalação de um capacitar apropriado e de valor correto em geral aumenta a tensão naquela parte do sistema. Se a tensão é baixa em algum ponto do sistema de potência, pode ser feito um estudo de carga para determinar o tamanho e a localização mais conveniente do capacitar. Um estudo desse tipo, com o objetivo de melhorar a tensão, pode levar à conclusão de que a melhor solução do problema é construir uma linha de transmissão adicional em alguma parte do sistema.

Os estudos de carga servem para determinar a melhor localização tanto para uma nova usina geradora como para uma nova subestação, como também para novas linhas ou para novos bancos de capacitares. Os estudos de carga, são de grande valor quando se deseja programar as ampliações de um sistema de potência e também quando se quer determinar as suas melhores condições de funcionamento. Quando a carga de um sistema varia no decorrer do dia ou de um dia para o outro, o encarregado da sala de controle deverá saber que usina deve alimentar a carga, afim de se obter a melhor regulação de tensão, bem como o funcionamento mais econômico. Os estudos de carga também podem ser usados para determinar o melhor modo de funcionamento de um sistema na eventualidade de avaria de uma ou mais usinas geradoras.

CÁLCULO DE FALTAS E ESTUDO DA

ESTABILIDADE “Uma falta em um fio ou cabo é uma falha

total ou parcial na sua isolação ou na sua

avaria – estrago; prejuízo



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continuidade” (AIEE). A maioria das faltas que ocorrem numa linha de transmissão de 115 KV ou mais, são causadas por raios, que dão lugar a descargas nos isoladores. A grande diferença de tensão entre um condutor e a torre aterrada provoca a ionização do ar, proporcionando à carga induzida pelo raio um caminho para a terra. Uma vez estabelecida esse caminho, a baixa impedância resultante permite a passagem de corrente do condutor à terra e, através dela, para o neutro aterrado de um transformador ou gerador, completando, o circuito. As faltas entre linhas não envolvendo a terra são menos comuns. A abertura de disjuntores a fim de isolar a parte da linha afetada do resto do sistema, interrompe a passagem de corrente pelo caminho ionizado, permitindo a desionização; eles podem ser novamente fechados após uns 20 segundos. A experiência do funcionamento das linhas de transmissão indica que os disjuntores de fechamento ultra-rápido religam-se com sucesso após a maior parte dos desligamentos por faltas. Nos casos em que isso não ocorre, um número apreciável deve-se às fugas permanentes, quando o religamento seria impossível, independentemente do intervalo entre a abertura e o fechamento.

As fugas ou faltas permanentes são causadas por linhas em contato com a terra, por cadeias de isoladores danificados por gelo, por defeitos nas torres e nos pára-raios. A prática demonstra que entre 70% e 80% das faltas nas linhas de transmissão ocorrem entre um só condutor e a terra, produzidas pelo arco formado entre o condutor, a torre e a terra. O menor número de faltas, ao redor de 5%, envolve todas as três fases, constituindo as faltas trifásicas. Outros tipos de faltas são as que ocorrem entre linhas não envolvendo a terra e também as faltas duplas que envolvem simultaneamente os condutores e a terra. Todas as faltas citadas, exceto as trifásicas, são assimétricas e causam um desequilíbrio entre as fases.

A corrente que circula nas diferentes partes de um sistema de potência imediatamente após a ocorrência de uma falta difere da que circula uns poucos segundos, pouco antes da operação dos disjuntores, que cortam a corrente nos dois lados da falta, e ambas são muito diferentes da corrente que circula imediatamente após a falta, e a que deve ser interrompida. O cálculo das faltas consiste na determinação dessas correntes para diversos tipos de faltas e em vários pontos do sistema. Os dados obtidos a partir desses cálculos servem também para o ajuste dos relés que controlam os disjuntores.

A corrente que circula em um gerador de CA ou em um motor síncrono, depende de módulo da tensão interna em relação à fase das tensões internas de todas as outras máquinas do sistema; depende ainda das características da rede e da carga. Por exemplo. Dois geradores de CA

impedância – relação entre o valor da tensão eficaz

aplicada ao circuito elétrico e a corrente que o percorre;

funcionando em paralelo, sem quaisquer outras ligações além do circuito de união entre os dois, não proporcionarão qualquer corrente se suas tensões internas forem iguais em módulo e fase. Se as tensões tiverem o mesmo módulo, porém suas fases forem diferentes, a diferença entre as tensões não será zero e haverá circulação de uma corrente, determinada pela diferença de tensões e pela impedância do circuito. Uma das máquinas fornecerá potência à outra, que funcionará como motor ao invés de gerador.

Os ângulos de fase das tensões internas dependem da posição relativa dos rotores das máquinas. Se não for mantido o sincronismo entre os geradores de um sistema de potência, as fases de suas tensões internas variarão constantemente, cada uma em relação às outras, sendo impossível um funcionamento satisfatório.

As fases das tensões internas das máquinas síncronas permanecem constantes apenas enquanto as velocidades das diversas máquinas permanecerem constantes e iguais à velocidade correspondente à freqüência do fasor de referência. Quando varia a carga de um gerador ou de um sistema, ocorre uma variação na corrente, do gerador ou do sistema. Se a variação da corrente não resultar em variação dos módulos das tensões internas das máquinas, forçosamente as fases dessas tensões deverão variar. Portanto, variações momentâneas de velocidade são necessárias para o ajuste das fases das tensões, uma vez que essas fases são determinadas pelas posições relativas dos rotores. Após ter havido o ajuste das máquinas aos novos ângulos de fase, ou quando desapareceu a perturbação que causou a variação momentânea de velocidade, as máquinas devem novamente funcionar em velocidade síncrona. Se qualquer máquina não permanecer em sincronismo com o resto do sistema, resultará uma corrente elevada e, em um sistema adequadamente projetado, a ação dos relés e disjuntores retirará a máquina do sistema. A estabilidade consiste em manter o funcionamento síncrono dos geradores e motores do sistema.

O estudo da estabilidade podem envolver condições de regime permanente ou condições transitórias. Existe um limite definido para a potência que um gerador de CA é capaz de fornecer e também para a carga que um motor pode acionar. A instabilidade ocorre quando se pretende aumentar a energia mecânica fornecida a um gerador, ou carga mecânica de um motor, acima daquele limite definido, chamado de limite de estabilidade. O valor limite da potência é atingido até mesmo quando a variação é feita gradativamente. As perturbações que ocorrem num sistema causadas por cargas subitamente aplicadas, pela ocorrência de faltas, pela perda de excitação no campo de um gerador e pela ação de disjuntores, podem causar a perda de sincronismo, mesmo quando a variação no sistema, causada pela perturbação, não ultrapassar o limite de estabilidade quando feita gradativamente. O valor limite de potência é chamado de “limite de estabilidade em regime permanente” ou “limite de estabilidade em regime transitório” conforme o



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ponto de instabilidade seja alcançado por uma variação síbita ou gradativa nas condições do sistema.

O TÉCNICO DE SISTEMAS DE POTÊNCIA A disciplina Sistemas Elétricos de potência -

SEP é de fundamental importância no sentido de complementar toda a formação de um técnico de sistemas de potência, ao oferecer-lhe uma visão geral de todo o processo de geração, transmissão e distribuição, de energia elétrica.

O técnico de sistemas de potência deve conhecer os tipos de centrais elétricas existentes, seu princípio de funcionamento, noções básicas dos parâmetros que influenciam na transmissão de energia, métodos, para realizar um estudo de cargas, deve saber analisar faltas e ter conhecimento de estabilidade, uma vez que todos esses fatores afetam o projeto e o funcionamento de um sistema, bem como a escolha de sua aparelhagem de controle.



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UNIDADE II

SISTEMA DE ENERGIA ELÉTRICA

CONSIDERAÇÕES O objetivo final de um sistema de energia

elétrica consiste em fornecer aos consumidores um produto (energia elétrica) de boa qualidade e economicamente acessível, procurando ao mesmo tempo minimizar possíveis impactos ecológicos.

Entende-se aqui como “produto de boa qualidade” o fornecimento contínuo de energia elétrica dentro de certos padrões ou faixas previamente especificadas. Este fornecimento adequado de energia elétrica encerra, em sua essência, aquilo que se denomina habitualmente “Confiabilidade do Suprimento”, constituindo-se na preocupação primeira do processo de planejamento da transmissão.

Para cumprir com este objetivo, necessita-se de uma estrutura tecnológica muito avançada, de modo a possibilitar o correto dimensionamento e construção de unidades geradoras, linhas de transmissão, transformadores, disjuntores e demais equipamentos que constituem um moderno sistema elétrico de potência. Esta estrutura tecnológica requer maciços investimentos, com longos prazos de maturação , razão pela qual via de regra, o governo (federal/ou estadual) tem monopolizado a geração, transmissão e distribuição de energia elétrica.

Adicionalmente, face a crescente dependência de um moderno país industrializado em relação a eletricidade, insumo básico nos diversos setores de produção, a energia elétrica necessariamente vai possuir implicações estratégicas, devendo ter sua política definida de forma coerente e uniforme pelos poderes públicos, tendo em vista a quebra do monopólio e a concessão de produção, transmissão e distribuição da energia elétrica para o setor privado.

De um modo geral, a energia elétrica é gerada e transmitida em grandes blocos, por unidades geradoras impulsionadas por turbinas a vapor, hidráulicas ou a gás e ligadas a estruturas adequadas de transmissão. A rede de transmissão geralmente ocupa e se desenvolve por grandes extensões territoriais, integrando-se aos sistemas de distribuição mediante subestações abaixadoras e possibilitando ainda interligar sistemas vizinhos, auferindo daí benefícios técnicos e econômicos.

O sistema de distribuição é similar, na sua concepção básica e estrutural, ao sistema de transmissão, embora ocupando área bem menos.

Um planejamento adequado propicia aos sistemas de potência um alto grau de redundância estrutural, permitindo ao mesmo suportar a maioria das contingências que se acredita possam

maturação – ato de maturar (aguardar o momento

propício) auferindo – obtendo; lucrando.

acontecer, sem nenhum dano maior aos consumidores. Toda esta estrutura é gerenciada e monitorada continuadamente em modernos centros de Despacho de Carga mediante sofisticada aparelhagem de controle, verificando o desempenho e segurança da rede, de modo a manter adequado os padrões de qualidade e quantidade de energia suprida ao longo do tempo.

GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

No Brasil, a maior parte da energia elétrica é gerada nas usinas hidroelétricas. Em menor escala, tem-se também a geração por termoelétricas e usinas atômicas, estas ainda operando parcialmente, pois encontram-se em caráter experimental.

A geração é feita por alternadores, acoplados ás turbinas hidráulicas. Esses alternadores trifásicos geram tensões da ordem de 3 a 13,8 KV, tensões estas insuficientes para a transmissão a longas distâncias.

Para entender o que ocorre, e pensando-se na transmissão em corrente alternada, deve-se recordar que a potência ativa é dada por: P = √3 VI Cos θ. Onde: P = Potência Ativa (útil) expressa em [Watts] V = Tensão de Linha expressa em [Volts] I = Corrente na Linha expressa em [Ampéres] Cos θ = Fator de Potência de Transmissão

Logo, pela expressão acima, mantendo-se a potência e o fator de potência constantes, a elevação da tensão traria, como conseqüência, a diminuição da corrente na linha.

Sabe-se que uma linha de transmissão longa, em corrente alternada, apresenta os parâmetros de resistência, reatâncias indutiva e capacitiva. Pensando em termos de quedas de tensão, a linha apresentaria quedas proporcionais à corrente, devido à resistência da linha e suas reatâncias .

A resistência da linha, provocaria perdas na mesma por efeito Joule, isto é 12p., sendo R a resistência elétrica.

Para diminuir as perdas deve-se diminuir a resistência, utilizando materiais de baixa

reatâncias – componente da impedância ou capacidade no

circuito.



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resistividade elétrica pois sabe-se que R=l/s, sendo p a resistividade do material, l seu comprimento e s sua secção reta. Como o aumento da secção do condutor seria desinteressante, deve-se utilizar materiais de baixa resistividade tais como o cobre e o alumínio.

Uma outra maneira de pensar, seria empregar linhas de transmissão em corrente contínua, pois os efeitos de reatâncias desapareceriam, ficando apenas como variáveis a elevação da tensão e o material de baixa resistividade.

Em qualquer transmissão, entretanto, seja em corrente alternada ou contínua, não é possível elevar-se às tensões indiscriminadamente, pois isso traria problemas seríssimos de isolação das linhas tanto entre si como do solo, bem como de construção das torres de sustentação.

As tensões de transmissão padronizadas mais empregadas no Brasil são da ordem de 33/34,5 KV; 66/69 KV; 132/138 KV; 220/230 KV; 330/345KV; 460/ 5OOKV e 750/8OOKV (Itaipu). Essas tensões de transmissão são conseguidas a partir da geração com a utilização de transformadores na subestação de saída da usina. As linhas de transmissão com elevadas tensões empregadas não podem, por segurança, entrar nos grandes centros de consumo. Em subestações, próximas a esses centros, são colocados transformadores abaixadores de tensão. Essas tensões agora são de ordem de 15KV; 13,8KV- 11KV; 6,9KV; 3,8KV; tensões essas seguras para serem distribuídas para os pontos de consumo. Daí essas linhas serem chamadas de linhas de distribuição.

Instalações industriais de grande porte são alimentadas diretamente por essas linhas.

Cargas residenciais ou industriais de pequeno porte (75KW ou 30 CV, num único motor), são alimentadas por baixas tensões obtidas nos transformadores de distribuição da companhia concessionária. As baixas tensões, mais comumente empregadas são de 44OV, 38OV, 22OV, 208V, 127V, 12OV e 11OV.



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UNIDADE III

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

INTRODUÇÃO O mundo, no seu desenvolvimento, cada

vez mais, necessita de energia, utilizando-a em suas mais diversas formas, a partir das mais variadas fontes. Atualmente, uma das formas de energia mais utilizada é a elétrica, obtida através de outras formas, tais como: Energia Hidráulica (gravitacional), Energia Térmica, Energia Química,

Energia Nuclear e Energia Eólica.

A Energia Elétrica é produzida pelas Centrais Elétricas, através da transformação de uma outra forma de energia (hidráulica, atômica, etc), dita primária em energia motriz, e, a seguir, em Energia Elétrica.

Apresentamos, na figura 1, as centrais existentes, a energia primária utilizada e as diversas formas de energia em que é transformada, até chegar à Energia Elétrica.

Abordaremos o principio de funcionamento das centrais mais utilizadas, com ênfase especial às Hidroelétricas.

USINA TERMOELÉTRICA: Conjunto de máquinas térmica, que

transformam formas primárias de energia, tais como, forma térmica, forma química em energia na forma mecânica e, por fim na forma elétrica.

TIPOS DE MÁQUINAS TÉRMICA Motores Diesel:

São máquinas de combustão interna, que com a utilização de combustível, transforma energia na forma química (calorífica) em energia na forma mecânica. Podem funcionar segundo o ciclo de 2 tempos ou segundo o ciclo de 4 tempos.

Os motores diesel, normalmente utilizados

como fonte de força motriz para geradores de energia elétrica utilizam como combustível o óleo diesel ou a mistura ó1eo diesel/ fuel Oil.



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CICLO TÉRMICO

Admissão Compressão Combustão Escapamento

TURBINA A GÁS São máquinas rotativas simples que

consistem tipicamente de um compressor, uma ou mais câmaras de combustão, onde o combustível líquido ou gasoso é queimado; uma turbina para girar o compressor, e uma turbina de força para impulsionar a carga podendo, também, existir apenas uma turbina solidária, ligada a um único eixo, responsável pelo movimento do conjunto.

A turbina a gás não é somente o maior projeto para pro-pulsão de aeronaves, mas está se tornando rapidamente, um importante meio fornecedor de potência em propulsão de navios e serviços de geração de energia elétrica.

CONSTITUIÇÃO BÁSICA DA TURBINA A GÁS

COMPRESSOR Equipamento responsável pela sucção e

compressão do ar atmosférico para alimentação das câmaras de combustão.

CÂMARA DE COMBUSTÃO Ambiente de encontro do ar comprimido e o

combustível na forma pulverizada, que em presença da ignição realiza a queima liberando gases com alta energia cinética que impulsionam a turbina propriamente dita.

TURBINA Equipamento responsável pela

transformação da energia na sua forma química cinética para a forma mecânica.

MÁQUINAS A VAPOR O princípio de funcionamento de uma

máquina a vapor, baseado no CICLO DE CARNOT, ou seja, a transformação da energia calorífica em energia mecânica se efetua entre duas fontes de temperaturas diferentes por meio de um fluído.

A seguir, mostramos um ciclo térmico

elementar:

Para a obtenção de duas fontes de temperaturas diferentes, usam-se os seguintes combustíveis: - Carvão mineral; - Carvão vegetal; - Fuel-oil, obtido da destilação do petróleo. Os elementos que constituem uma termoelétrica com máquinas a vapor são:

CALDEIRA É constituída de tubos de aço especial, por

onde circula a água. Encontram-se os mesmos, dentro da câmara de combustão, onde se processa a queima dos combustíveis, provocando o aquecimento da água, resultando no aparecimento do vapor.



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TURBINA É o elemento situado entre a caldeira, que à

a fonte quente, e o condensador, que é a fonte fria, e tem como função transformar o vapor expandido e, de alta velocidade, em trabalho mecânico.

CONDENSADOR Tem a função de condensar o vapor que

realizou o trabalho na turbina. Essa condensação se efetua pela troca de calor entre a água fria e o vapor que passa através de um grupo de tubos contidos em um reservatório.

Além dos elementos citados, temos em uma

termoelétrica a vapor, reservatórios de água tratada, sistema de refrigeração e serviços auxiliares com bombas de água, motores, ventiladores etc.

O ALTERNADOR Os alternadores acoplados às turbinas a

vapor têm por característica girar em altíssimas velocidades (3600 rpm).

Sendo os esforços centrífugos muitos elevados, a construção do rotor ou indutor deve ser esmerada e especial cuidado deve ser dado à fixação das bobinas dentro das ranhuras.

Fig. 12 – Rotor de um Gerador de Central Térmico O Estator ou induzido é construído de uma

corda de ferro laminado provida de entalhes onde são alojadas as bobinas. Cada bobina é varrida pelo fluxo de indução emitido pelos pó1os do rotor.

Fig. 13 – Estator

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE

UMA CENTRAL TÊRMICA DE VAPOR

Fig. 14 - Representação esquemática de uma Termoelétrica 01. Abastecimento de carvão 02. Tela 03. Forno 04. Cinza O5. Conduto de vapor 06. Chaminé 07. Caldeira 08. Aquecedor Primário 09. Turbina de alta pressão 10. Aquecedor secundário



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11. Turbina de média pressão 12. Turbina de baixa pressão 13. Condensador 14. Bomba de extração do condensador 15-16. Prá-aquecedores da água de alimentação 17. Bomba de alimentação da caldeira 18. Economizado de água de alimentação 19. Torre de refrigeração 20. Bomba de circulação da água de refrigeração 21-22. Extração de vapor para os circuitos primários dos pré-aquecedores da água de alimentação 23. Turbo-gerador 24. Excitatriz 25. Circuito de energia elétrica a média tensão 26. Transformador elevador 27. Circuito de energia elétrica a alta tensão

USINA HIDROELÉTRICA Utiliza a energia decorrente da diferença de

níveis nas quedas dos rios. Com isso consegue-se uma pressão e, através das barragens, um volume de água necessário para movimentar turbinas, e estas, os geradores.

CONSTITUICÃO DE UMA

HIDROELÊTRICA

- Barragem - Definição: Estrutura hidráulica destinada a

obstruir um curso d’água. Elementos que constituem uma barragem: 1 - Face ou talude montante 2 - Face ou talude jusante 3 - Crista 4 - Maciço 5 – Base 6 - Fundação 7 – Reservatório

Fig. 17 - Elementos de uma barragem

- Setor ou Segmento - Comporta em forma de arco de círculo,

utilizada na maioria dos Vertedouros

obstruir – opor obstáculo a alguma coisa; impedir. talude – terreno inclinado; jusante – direção para qual correm a água;

Comporta em forma de arco de círculo TOMADA D’ÁGUA Definição: Componente de uma usina que

capta água no reservatório, conduzindo-a para a turbina.

Tipos de Tomada d’ água Tomada d’água em carga TOMADA D’ ÁGUA

VERTEDOURO Definição: Estrutura hidráulica que serve,

para deixar passar a água excessiva das cheias, sem o perigo de danificar a barragem. Condições que o Vertedouro deve satisfazer: 1

- Em regime normal: Manter o nível do reservatório ao máximo, para um bom rendimento dos grupos geradores, ficando um intervalo até o nível máximo de segurança.

- Em período de cheias: Se necessário, deve permitir o escoamento da vazão máxima, mantendo a segurança da barragem, procurando minimizar danos à jusante. - Classificação dos vertedouros: - Vertedouros de fundo - Vertedouros de superfície - Vertedouro Salto de SKI É o mais utilizado. Recebe tal nome, devido à evolução que a água faz (espécie de um trampolim no final da pista).

capta – recolhe. escoamento – ato de escoar (escorrer pouco a pouco;

filtrar-se).



14

Vertedouro Salto de SKI

COMPORTAS Definição: São órgãos responsáveis pelo

controle do escoamento d’água. São utilizadas em diversos locais, tais

como: Vertedouros, tomada d’água, canal de fuga, etc...

Podem ser acionadas por meio de: - Correntes; - Cabos de ano; - Servo-motores.

Tipos de comportas - Deslizante Esse é o tipo mais primitivo de comportas.

Comporta tipo Deslizante

Wagon Os roletes fazem parte da própria comporta

CAIXA ESPIRAL

Estrutura em forma de caracol, que envolve toda turbina, dando à água um movimento turbilhonado.

Caixa Espiral DISTRIBUIDOR É o órgão que controla o escoamento da

água pela turbina, variando sua potência. TURBINAS - Definição: São órgãos que transformam a

energia hidráulica em energia mecânica. -Tipos de Turbinas:

TURBINA PELTON Turbina conhecida como turbina de ação,

pois utiliza a energia cinética da água. É utilizada nas grandes quedas, isto é, acima de 200m.

Turbina Pelton

TURBINA FRANCIS. Utilizada nas médias quedas (30 a 200m).

Também chamada de reação, pois utiliza a energia da água na forma de pressão na forma cinética.

Vista em perspectiva de uma turbina Francis TURBINA KAPLAN Utilizada nas pequenas quedas d’água (de 1

a 30m). Atualmente há estudos para aplicação em quedas mais altas.



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Elevação

PLANTA Desenho esquemático de uma turbina

KAPLAN. Possui a forma de uma hélice e suas pás

são móveis. Também é uma turbina de reação por

utilizar a energia da água em forma de cinética e pressão. Sua grande vantagem reside na mudança do ângulo da pá.

CANAL DE FUGA Finalidade: Dirige o escoamento da água

para o exterior, após passar pela turbina.

Corte esquemático das instalações

hidráulicas de hidroelétrica. ALTERNADOR

Definição: Elemento responsável pela transformação de energia mecânica fornecida pela turbina, em energia elétrica.

Princípios básicos Movendo-se um ímã próximo a uma bobina,

nela surge uma tensão induzida. Gerador elementar de corrente elétrica.

Geração Industrial

Usa-se uma série de bobinas convencionais associadas (estator) que, envolvendo o indutor (rotor), são sede de tensão induzida.

- Esquema de Alternador, com a Turbina. O indutor (rotor) é ligado ao eixo da turbina e é responsável pelo campo magnético giratório.



16

UNIDADE IV NOÇÕS DE LINHA DE TRANSMISSÃO

DEFINIÇÃO Procuramos responder a pergunta: “O que é

uma linha de transmissão?” “Linha de transmissão de energia elétrica é a ligação entre o centro produtor e o centro consumidor”.

Em muitos casos, ela une dois centros consumidores ou dois centros produtores, mas a função é sempre, quer no primeiro caso, quer no segundo, suprir um centro consumidor.

Sistema interligado é uma malha de linhas de transmissões que suprem de energia elétrica toda uma região.

CARACTERÍSTICAS Constrói-se linhas de transmissão de

diferentes níveis de tensão elétrica. Desde simples linhas de 110 volts, no caso de instalação residencial, até linhas de Extra Alta Tensão.

Há uma correlação entre tenção elétrica, distância e potência.

Para maiores distâncias, normalmente se constroem linhas de maior potência e maior tensão elétrica. Para distâncias menores, onde uma potência menor é transmitida, constroem-se LT de menor tensão elétrica.

SUPORTES UTILIZADOS EM LINHAS DE

TRANSMISSÃO Os suportes utilizados em linha de

transmissão podem ser divididos atualmente em dois grandes grupos. - Auto-suportantes - Estalados

AUTO-SUPORTANTES São do tipo clássico e ainda em maior uso

atualmente no Brasil. Sua característica principal é não exigir elementos resistentes auxiliares. Em conseqüência, são estruturas pesadas ou fabricadas com elementos de aço especial e exigem grandes fundações.

ESTALADAS As torres estaladas, cujo uso está sendo

muito difundido, são totalmente articuladas. As vigas verticais componentes trabalham a compressão simples. São introduzidos estais que, trabalhando unicamente a tração, permitem obter torres de baixo peso e resistem às mesmas condições de carregamento que as torres auto-suportantes. Pelo seu baixo peso, são normalmente de fácil montante.

As fundações são pequenos blocos de concreto que trabalham a compressão. A maior dificuldade consiste em obter ancoragem suficiente para os estais sem qualquer terreno. A seleção do tipo de estrutura a ser adotado é sempre um problema econômico, notadamente para linhas de tensão elevada, onde os investimentos são consideráveis.

Não devem ser esquecidos, entretanto os aspectos relativos à confiabilidade, custo de montagem, etc.



17

UNIDADE V

NÚMERO DE CIRCUITOS Todas as linhas de transmissão que

dissemos anteriormente, podem ser construídas com um ou mais circuitos.

Um circuito é o conjunto das três fases R, S e T, ou Branca, Vermelha e Azul, cada fase contendo 1,2,3 ou 4 condutores, dependendo da classe de tensão da linha.

A necessidade ou não de mais de um circuito, depende do valor da potência a ser transmitida. Para linhas de circuito duplo, preferem-se as disposições das figuras abaixo.

CONCEITO São equipamentos destinados a suporta

mecanicamente condutores energizado, isolando as fases entre si e as fases da terra.

Para as linhas de alta e extra alta tensão, utilizam-se geralmente, isoladores tipo suspensão, com coroa isolante de porcelana ou vidro, complementados com partes metálicas, destinadas a promove o engate com o outro isolador e com a ferragem.

CONSTITUIÇAO BÁSICA DE UM ISOLADOR TIPO SUSPENSÃO Na figura baixo, mostramos as partes básicas de um isolado tipo suspensão.

Fig. componentes básicos de um isolador tipo suspensão.

CONDUTORES São chamados condutores os corpos que

apresentam facilidade em transportar a corrente elétrica.

O alumínio e o cobre são elementos usados para fabricação de cabos, graças a sua condutibilidade e a sua existência, na natureza, em quantidades economicamente exploráveis.

Para linhas de alta tensão, já há algumas décadas, os cabos de alumínio vêm sendo empregados por serem mais econômicos seus cabos de cobre; porém, devido a sua baixa resistência mecânica, para determinados tipos de instalações, requerem: - Cabos de alumínio com alma de aço C.A.A. ou ACSR; - Cabos de alumínio sem alma de aço C.A. ou ASC.

Fig. Formação de cabos de alumínio com alma.

PÁRA-RAIOS

DESCARGAS ATMOSFÉRICAS As descargas atmosféricas (raios), que

caem em uma região, podem atingir uma linha de transmissão, ocasionando defeitos nos cabos condutores, nas cadeias, ou desligamento da linha. Assim, podem ocorrer prejuízos materiais e financeiros.

CABOS PÁRA-RAIOS Os cabos pára-raios, colocados acima dos

condutores, têm a função de servir como receptáculo para os raios, impedindo-os de atingirem os condutores.

O raio, uma vez atingido o cabo pára-raios, caminha ao longo da linha numa velocidade próxima à da luz (300.000 km/s) - até as torres mais próximas, onde se dá a descarga para a terra.

As estruturas são projetadas de forma que o cabo pára-raios fique numa distancia que dá cobertura aos condutores, ou seja, o raio, ao cair, encontre primeiro cabo pára-raios, não atingindo os condutores de fase.



18

FAIXA DE SERVIDÃO

CONCEITO Entende-se como faixa de servidão, uma

faixa de terreno ao longo da linha de transmissão, centralizada em relação ao seu eixo, de largura variável em função da tensão nominal da linha.

LARGURA DA LINHA LT 460 kV’ circuito duplo = 60m. LT 460 kV circuito simples = 50m. LT 230 kV1 = 50m. LT 138 kV = 33m. LT 69 kV’ = 20m . FAIXA DE SEGURANÇA A faixa de segurança, em uma linha de

transmissão, não tem limitações predeterminadas de largura, sendo esta delimitada em função das árvores ou obstáculos de grande altura que, em casos de tombamento ou crescimento em direção à linha, possam causar canos à mesma.

SECCIONAMENTO E ATERRAMENTO DE

CERCAS Para segurança de pessoas e animais que

transitam ao longo da linha de transmissão as cercas paralelas ou formando ângulo com o eixo da linha, deverão ser seccionadas e aterradas.

Para cercas que estejam, na faixa de servidão, o seccionamento será feito com espaçamento “D” igual à largura da faixa.

DETALHE PARA SECCIONAMENTO E

ATERRAMENTO

Cercas normais, paralelas ou formando ângulo com o eixo da linha de 230 KV e acima, até uma distância de 100m do eixo, deverão ter pelo menos um seccionamento a cada 100m.

SINALIZAÇÃO DAS LINHAS DE

TRANSMISSAO LOCAIS A SEREM SINALIZADOS Todas as travessias, entre linhas de

transmissão de tensão igual a 69 kV e acima, deverão ser sinalizadas;

Nas proximidades de aeroportos, todas as instalações, dentro da área de circularia, deverão ser sinalizadas,

As travessias sobre rios, bacias de acumulação, rodovias e outras, devem, ser sinalizadas.

SINALIZAÇÃO NOTURNA Deve ser instalado balizor no condutor

superior, em número de dois em cada vão, com lâmpadas situadas a 15 metros das estruturas.

VIAS NAVEGÁVEIS Deve ser instalado um balizor no cabo

condutor inferior, no ponto mais conveniente. MANUTENCÃO EM LINHA DE

TRANSMISSÃO CONCEITO DE MANUTENCÃO Manutenção é toda atividade que se realiza

através de processos diretos ou indiretos, nos equipamentos, obras ou instalações, com finalidade de assegurar-lhes condições de cumprir, com segurança e eficiência, as funções para as quais foram fabricados ou construídos, levando em consideração as condições operativas e econômicas.

CLASSIFICAÇÃO DE MANUTENÇÃO EM

LINHAS A manutenção em linhas subdivide-se em

dois tipos: - Manutenção em linha desenergizada; - Manutenção em linha energizada.

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO CONCEITO E FINALIDADE O Sistema de Distribuição consiste no

conjunto de equipamentos e assessórios instalados entre a subestação abaixadora e o ponto de entrega ao consumidor.



19

As subestações abaixadoras situadas próximas às cidades e grandes indústrias, têm por finalidade reduzir a tensão, de uma forma mais segura e prática.

S/E abaixadora vista frontal ALIMENTADORES São os condutores de energia que saem de

uma S/E e têm por finalidade alimentar as redes primárias urbanas que, por sua vez, alimentam os transformadores de distribuição, podendo, ainda, fornecer energia para as linhas de distribuição e redes de distribuição rural.

A tensão nominal dos mesmos é variada, dependendo da necessidade, sendo mais comuns às tensões de 13,8 e 11,4 kv. Os cabos são dispostos, geralmente, na posição horizontal, ou vidro, que, por sua vez, são fixados em cruzetas de madeira.

EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO E MANOBRAS São equipamentos e dispositivos inseridos

nos circuitos primários com a finalidade específica de proteger o sistema e ou possibilitar manobras.

Estrutura com chave curto-circuito

fusível

Saída de alimentadores de S/E abaixadora

típica Chave Religadora Chave Religadora REDE SECUNDÁRIA Chave a Óleo REDE SECUNDÁRIA A rede secundária é sustentada por

isoladores tipo roldana, de porcelana ou vidro, temperado, instalados em armações secundárias de 1 ou 2 estribos, fixada em postes de 9m ou 11m para manter uma distância segura entre condutores, ferragens, solo e equipamento.

Rede Secundária



20

Estrutura com transformador trifásico de distribuição

SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA É o conjunto de condutores e acessórios

destinados à alimentação das lâmpadas instaladas nas ruas, avenidas, praças, etc. basicamente dividido em interruptores, condutores e pontos de iluminação.

Os interruptores, geralmente são instalados junto à fonte de alimentação, sendo, na maioria, acionados por relês fotoelétricos que permitem a ligação automática das lâmpadas ao anoitecer e o desligamento quando amanhecer. Os interruptores podem ser de uso individual ou coletivo, para alimentação de uma lâmpada ou um conjunto delas.

O condutor controle é destinado ao transporte da energia do interruptor coletivo até as lâmpadas.

Ponto de iluminação pública é o conjunto de braço, luminária e lâmpada.

Luminária para iluminação pública.

SISTEMA DE FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA

BAIXA TENSÃO Ramal de serviço: é constituído pelos

condutores existentes entre a rede e o ponto de entrega;

Ponto de entrega: é o ponto de fixação do ramal, junto aos limites do consumidor;

Ramal de entrega: é constituído pelos condutores instalados pelo consumidor entre o ponto de entrega e medidor;

Poste auxiliar: é o poste instalado no terreno do consumidor, para elevar ou desviar o ramal de serviço e instalar a medição.



21

APÊNDICE A

CONCEITOS DA REDE DE ENERGIA ELÉTRICA

CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO - É a corrente

acima da nominal.. de caráter acidental motivada

pela redução da impedância em um circuito elétrico.

ARCO-ELÉTRICO - É um percurso de corrente

formado no ar devido a sua ionização.

DESCARGA ATRAVÉS DO SOLO - Arco elétrico que

se forma no solo ("soil breakdown"),.

CORRENTE SUBSEQUENTE - Corrente elétrica

através de um arco elétrico que foi originado por

uma tensão impulsiva.

REDE ELÉTRICA SECUNDÁRIA - Rede Elétrica de

distribuição que opera com tensões reduzidas (por

exemplo 220V), responsável por levar energia desde

os transformadores da rede secundária até os

consumidores.

REDE DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA

ELÉTRICA - Rede Elétrica responsável por levar

energia da usina de geração até a subestação de

distribuição.

RESISTÊNCIA EQUIVALENTE - Resistência para a terra vista de um dado ponto da rede. No caso do cabo mensageiro é o resultado das associações série/paralela dos aterramentos do mensageiro com a resistência própria do mesmo. REDE ELÉTRICA PRIMÁRIA - Rede Elétrica de distribuição que opera com tensões elevadas (por exemplo o 13,8KV), responsável por levar energia desde a subestação de distribuição até os consumidores ou até os transformadores da rede secundária, pode ser alimentador ou ramal

POTÊNCIA DE CURTO-CIRCUITO - Produto entre

a tensão antes do curto-circuito e a corrente do

curto. circuito em um dado ponto da rede elétrica.

NÍVEL BÁSICO DE ISOLAMENTO -Corresponde ao

valor de pico de uma tensão impulsiva cuja

aplicação em um dado isolamento tenha a

probabilidade de 50% de causar centelhamento.

TENSÃO DISRUPTIVA ASSEGURADA - Valor de

tensão que, uma vez aplicada a um isolamento por

um tempo, provoque, com certeza, centelhamento.

DESCARGA DE SUPERFÍCIE - Arco elétrico que se

forma sobre a superfície de um isolador.

PERTUBAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS - Fenômeno capaz

de degradar o desempenho do sistema telefônico

devido à interferência de parcela de energia

proveniente de fonte externa.

CORROSÃO - Desgaste de materiais ao longo do

tempo, provocado por causas diversas, tais como:

circulação indevida de corrente elétrica pelo corpo

do material; ações de agentes químicos, etc.

SISTEMA DE ATERRAMENTO - Conjunto de

condutores, conectores e hastes de aterramento

que, interligados permanentemente, possibilitam o

fluxo de corrente elétrica para a terra.

RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO - É o valor,

expresso em Ohm, que representa a oposição de um

aterramento à passagem de corrente pela terra.

ELETRODO DE TERRA - Elemento condutor que.

enterrado no solo, permite o fluxo de corrente

elétrica para a terra.

CABO DE ATERRAMENTO - Fio ou cabo que faz a

ligação elétrica entre um ponto da rede telefônica e

o eletrodo de terra.

CONEXÃO DE ATERRAMENTO - Ligação elétrica

do condutor de aterramento aos eletrodos e aos

pontos da rede telefônica que se deseja aterrar.

RESISTÊNCIA EQUIVALENTE DO CABO

MENSAGEIRO - É o valor expresso em Ohm, que



22

representa a oposição apresentada por um dado

ponto do cabo mensageiro à passagem de corrente

para a terra, sendo a resultante da contribuição de

todos os aterramentos conectados a uma rede de

mensageiros.

CENTRO ELÉTRICO DE ATERRAMENTO - Ponto

na superfície do solo que corresponde ao centro

geométrico do hemisfério equivalente ao sistema de

aterramento em questão.

LOCAL DE MEDIÇÃO - É o segmento de reta que

une as hastes auxiliares de medição e o sistema de

aterramento envolvido no processo de medição.

SENSIBILIDADE DE MEDIÇÃO - Capacidade do

processo de medição em acusar pequenas variações

em torno do valor medido.

PRECISÃO DA MEDIÇÃO - Faixa em torno do valor

medido dentro do qual se garante estar o valor real.

APÊNDICE B

COMPONENTES DA REDE DE ENERGIA ELÉTRICA

TRANSFORMADOR - São máquinas elétricas

estáticas que transformam uma tensão alternada,

de mais elevada para mais baixa ou vice-versa, de

mesma freqüência, utilizando indução

eletromagnética.

BANCO DE CAPACITOR - São capacitores

associados em bancos com tensões compatíveis às

redes de distribuição primária para correção do fator

de potência. PÁRA-RÁIOS DA REDE DE ENERGIA ELÉTRICA - São dispositivos limitadores do nível de tensões impulsivas provocadas por descargas atmosféricas na.redes de distribuição primária.

ISOLADORES - Servem para apoiar e fixar os

condutores às estruturas e isolá-los eletricamente

das mesmas. São dispositivos que têm finalidade de

garantir o nível de isolamento entre partes de um

circuito elétrico.

ALIMENTADOR - Linha elétrica de distribuição cuja

proteção está a cargo do disjuntor da subestação. RAMAL – Linha elétrica de distribuição cuja proteção está a cargo de chave de fusíveis localizadas ao longo da rede. DISJUNTOR -Equipamento de proteção da rede elétrica que abre o circuito elétrico quando acionado pelo relé de proteção. RELIGADOR - Equipamento de proteção da rede elétrica que abre ou fecha o circuito elétrico quando acionado pelo relé de proteção

APÊNDICE C -

MATERIAIS ELÉTRICOS

CONDUTORES ELÉTRICOS

OBJETIVO

Dar conhecimento aos alunos, sobre os condutores elétricos, suas características, suas aplicações, suas padronizações e controle de qualidade

CONDUTORES ELÉTRICOS Os condutores elétricos podem assumir a forma de fios e cabos. FIO: É produto direto dos processos de laminação e trefilação, a partir de lingotes ou catodos de cobre ou alumínio CABO: É produto do encordoamento de

vários fios em número e dimensões pre-definidas

em normas e especificações, sendo em geral quanto

maior o número de fios que o cabo apresentar,

maior será sua flexibilidade

PADRONIZAÇÃO Os condutores (fios e cabos), são fabricados com seções (ou bitolas) padronizadas (no Brasil, pela ABNT). Dentre as seções padronizadas, as mais comumente utilizadas são: 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70: 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; e 500 mm². Há também seções menores de 1,5 mm² e maiores que 500 mm2, porém, para uso majs específico. ENCORDOAMENTO DOS CABOS ELÉTRICOS (EM COBRE OU ALUMÍNIO)



23

Quanto ao encordoamento, os cabos podem

ter as seguintes formas: Redondo Normal, Setorial

Compactado, Anular, Redondo Segmentado e

Encordoamento Composto. O encordoamento

também vai dividir os condutores elétricos em

classes (classes 1, 2, 3, 4, 5 e 6), que vão indicar o

grau de flexibilidade adequado para cada aplicação

FORMAÇÃO PADRONIZADA PARA CABOS DE

ENCORDOAMENTO A formação padronizada para os cabos de encordoamento Redondo Normal (tipo mais comum) será: 07 - 1 Central + 6 na 1ª Coroa 19- 1 Central + 6 na 1ª Coroa + 12 na 2ª Coroa 37- 1 Central + 6 na 1ª Coroa + 12 na 2ª Coroa + 18 na 3ª Coroa. 61- 1 Central + 6 na 1ª Coroa + 12 na 2ª Coroa + 18 na 3ª Coroa + 24 na 4ª Coroa. Enfim Condutor Redondo Normal com 61 fios redondos O número total de fios (N) ou a formação padronizada para cabos, pode ser assim calculada: N = 3C (C + 1) + I, onde: N = Número total de fios do cabo

C = Número de coroas que constituem o cabo,

sendo que o fio central não é encordoado, portanto,

não deve ser contado como coroa.

OBS: A formação padronizada para cabos

independe da bitola dos mesmos, ou seja: podemos

ter um cabo de 50 mm², de formação 7 ou 19, e

cabos de bitola 50 mm² e 70 mm² de formação 19.

PASSO DE ENCORDOAMENTO

ENCORDOAMENTO: É a disposição

helicoidal dos fios que formam o cabo.

PASSO DE ENCORDOAMENTO: É a

projeção axial do comprimento de uma volta

completa de um dos fios da coroa considerada.

MEDIDA DO PASSO DE ENCORDOAMENTO (P):

A medida do passo de encordoamento (P), é obtida

através de um método prático e usada para se fazer

o controle de qualidade do encordoamento do cabo.

Matematicamente, é definida pela expressão 10

d<P<16d, onde:

P = medida do passo de encordoamento

d = diâmetro do cabo

A medida P é obtida em laboratório, numa amostra

de condutor, sendo necessária para a determinação

da mesma, a observância da formação padronizada

para a amostra do cabo em teste.

CONDUTORES DE ALUMÍNÍO Os condutores de alumínio são fabricados em dois tipos: CABO DE ALUMÍNIO - (CA pela

nomenclatura brasileira ou ASC pela nomenclatura

americana)

CABO DE ALUMÍNIO COM ALMA DE AÇO

- (CAA pela nomenclatura brasileira ou ACSR pela

nomenclatura americana). Neste tipo de cabo,

utiliza-se a boa condutividade do alumínio sendo-lhe

conferida resistência mecânica através da alma do

aço. Devendo esta alma de aço ser previamente

galvanizada para evitar contato direto do alumínio

com ferro.

OBS: Os condutores de alumínio (CA ou

CAA) são padronizados também por seções (ou

bitolas) em mm².

CONDUTORES ISOLADOS

Estes condutores ainda são na grande

maioria. fabricados em cobre eletrolítico, devendo

ser futuramente substituído pelo alumínio, devido ao

problema econômico causado pelo custo elevado do

cobre.

O ISOLAMENTO

MATERIAL UTILIZADO

Plásticos (baixa tensão), borracha,

compostos sintéticos, impregnado em óleo isolante.

CARACTERÍSTICAS DO ISOLANTE

A espessura da camada isolante vai

depender de fatores como:

- Propriedades técnicas e dielétricas do isolante;

- Tensão máxima admissível para o isolante;

- Tipo de instalação na qual será utilizado o

condutor

ESTANHAMENTO DE CONDUTORES Ocorre quando o condutor é de cobre e o

isolamento de borracha, pois o óxido de cobre ataca

quimicamente a borracha.

CLASSES DE TENSÃO

Os condutores elétricos passam a ter uma

classificação quanto à tensão de isolamento, de

acordo com o tipo de instalação em que os mesmos



24

serão utilizados, determinando assim o tipo de

material isolante a ser empregado. Portanto, quanto

à tensão de isolamento, os cabos elétricos podem

ser classificados como:

PARA BAIXA TENSÃO - até 1,0 KV

PARA MÉDIA TENSÃO - de 1,8 a 35 KV

PARA ALTA TENSÃO - acima de 69 KV

CABOS DE ENERGIA São feitos em cobre recozido e usados em transmissão e distribuição de energia elétrica subterrânea. OBS:Em alguns casos o isolante destes cabos, é o papel impregnado em óleo isolante, como no cabo Óleo Fluído (Cabo O.F) As partes principais dos cabos de energia são: CAPA EXTERNA (CAMISA OU CAPA DE CHUMBO): Esta capa oferece proteção contra unidade e choques mecânicos. No caso do Cabo O F ela tem a função de retenção do óleo. BLINDAGEM ELETROSTÁRICA: São fitas

metálicas não magnéticas (cobre), cuja função é

distribuir melhor o campo eletrostático no interior do

condutor, permitindo assim, aumento na capacidade

de corrente de cabo e diminuição da espessura do

isolamento do mesmo

FIO DE COPPERWELD

Neste tipo de condutor, procura-se aliar a

boa condutividade do cobre e sua durabilidade, à

elevada resistência mecânica do aço. Sendo assim a

resistência mecânica e o módulo de elasticidade

deste condutor ficam sensivelmente mais elevados

que o cobre eletrolítico, o que em certos casos é

vantajoso.

APÊNDICE D

SELEÇÃO DE CABOS PÁRA-RAIOS

CRITÉRIOS

-Elétricos

-Térmicos -Mecânicos -Econômicos

OBJETIVO Definir a seção do cabo e material a ser utilizado de forma a: Manter sua integridade com suficiente margem de segurança em todas as condições previstas;

Suportar eventuais correntes de curto-circuito fase-terra; Minimizar a ocorrência de vibrações eólicas que podem danificar o cabo precocemente; Deve satisfazer simultaneamente aos requisitos de ordem mecânica e térmica.

TIPOS DE CABOS - Aço Galvanizado (AR e EAR) (Recobertos de Zinco); - CAA (Extra-Forte); - Alumoweld (Cabos de aço, recobertos de alumínio) CORRENTES DE CURTO FASE-TERRA Em um circuito equilibrado o PR só é solicitado a transportar correntes de valor elevado quando ocorre um curto fase-terra Sistemas com alimentação radical Sistemas interligados Corrente de curto na estrutura e conduzido ao sistema de aterramento em parte pela própria estrutura e em parte pelos PR, por estarem ligados eletricamente às estruturas e acoplados magneticamente à fase defeituosa. Fatores de influência na distribuição de corrente entre cabo e estrutura. Configuração da estrutura. Distância às SE's. Comprimento da LT. Resistência de aterramento da estrutura em que ocorre o curto (menor grau). Determinação da corrente que circula nos pára-raios envolve cálculos complexos.

ELEVACÃO DE TEMPERATURA DO CABO PÁRA-

RAIOS

BALANÇO ENERGÉTICO

Calor produzido por efeito joule;

Calor disperso no ambiente;

Calor acumulado no cabo.

Devido ao pequeno intervalo de tempo durante o qual a corrente de curto circula, transformação de energia elétrica em calor pode ser considerada adiabática. de = Ri² d t de = J W c d θ Ri²d t=J W c d θ Onde: R = resistência do cabo (Ω ) i= corrente (A) J = equivalente mecânico do calor (4180 J/Kcal) W = peso próprio do cabo (g/m) c = calor específico na temperatura θ (K cal/Kg x ºC) S = K i.√t ⇒ Seção do cabo



25

K = √ ρβ o / J c σ ln [ I +β ( θ−θ o)]

0ρ = Resistividade do cabo na temperatura θ 0 β = Coeficiente de variação da temperatura ρ = Densidade θ = Temperatura final do cabo;

0θ = Temperatura inicial do cabo (antes da ocorrência do curto). S = Área da seção transversal do cabo. I = Corrente t = Tempo de duração da falta.

LIMITES DE TEMPERATURA CAA - EF ⇒ 200°C Aço Galvanizado ⇒ 400°C Alumoweld ⇒ 400°C

Aço Galvanizado ⇒ A partir de 420°C a

galvanização começa a se fundir;

Alumoweld ⇒ A partir de 400°C começa a

ocorrer à separação entre aço e alumínio;

CAA – EF ⇒ Fios de naturezas diferentes, é

recomendável não se ultrapassar a temperatura de

recozimento do alumínio, o que alteraria as

características mecânicas do cabo como um

composto.

TEMPO DE DLTRACÃO DA FALTA

A duração admitida para a corrente de

curto-circuito tem influência fundamental na bitola

do pára-raio. Depende do tempo de atuação dos

relés e do esquema global de proteção do sistema.

CRITÉRIOS MECÂNICOS

DISTÁNCIA CONDUTOR PÁRA-RAIOS NO MEIO

DO VÃO

Definição estabelecida em função dos

seguintes fatores:

Reduzido de forma a minimizar a

probabilidade de descargas diretas por falhas de

blindagem;

Acrescida de forma que as perdas no pára-

raios, sejam mínimas e reduza ao mínimo o número

de descargas indiretas entre condutor e pára-raios

no meio do vão.

COMPROMISSO ENTRE ECONOMIA E

CONFIABILIDADE

Economia ⇒ Redução de esforços e perdas;

Confiabilidade ⇒ Eliminação das descargas

entre condutor e pára-raios ao longo do vão e

redução da probabilidade de falha de blindagem.

VIBRACÃO EÓLICA

Eliminação das descargas entre condutor e

pára-raios ao longo do vão e redução da

probabilidade de falha de blindagem.

CARREGAMENTO NA ESTRUTURA

Estruturas metálicas (pouca influência).

PERDAS NOS CABOS PÁRA-RAIOS

Inexpressivas para linhas de até 230 KV;

Ocorrem devido à indução eletromagnética

oriunda das correntes de fase;

Isolar/seccionalizar;

Perdas reduzidas a zero;

A extensão do trecho de seccionamento

deve ser dimensionado de tal maneira que a tensão

induzida em regime normal de operação da linha

permita a completa extinção do arco nos isoladores

após um descarregamento. Esta característica

depende do tipo de isolador a ser usado nos cabos

pára-raios.

PERDAS DEPENDEM Tensão nominal; Potência a ser transmitida; Resistividade do solo; Tipo de torre (dimensões); Transposição das fases; Tipo de arranjo do cabo PR (aterrado, isolados e seccionados); L T' s em paralelo; Seqüência de fases;

CRITÉRIO ECONÔMICO

Escolhido os tipos de cabos pára-raios e a

seção condutora, a seleção da alternativa mais

aconselhável fica condicionada tão somente a uma

análise econômica, na qual deve ser levada em

consideração o custo das perdas elétricas no caso

dos cabos pára-raios serem aterrados e o custo dos

isoladores no caso deles serem isolados.

Isolando os cabos em todas as estruturas,

transpondo-os a intervalos regulares e aterrando-se

nas SE's (perdas reduzidas apenas a parcela que

retoma pela terra).

Seccionando os cabos em trechos de

comprimento adequado, aterrando-os na estrutura

situada próxima ao ponto médio do trecho e



26

isolando-os nas demais estruturas. O aterramento

único elimina totalmente as perdas, mais impede

juntamente com o seccionamento que os cabos

sejam utilizados como meio de comunicação.

ANÁLISE ECONÔMICA

Custo do cabo;

Custo lançamento;

Isolador;

Perdas;

Outros (taxas, eventuais, etc).

APÊNDICE E

PROTEÇÃO DOS SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA

INTRODUÇÃO Um sistema elétrico de potência consiste em três componentes principais: as estações geradoras. as linhas de transmissão e os sistemas de distribuição; as linhas de transmissão ligam as estações geradoras aos sistemas de distribuição; um sistema de distribuição liga todas as cargas individuais de uma determinada área às linhas de transmissão. Um sistema de potência bem projetado compreende um grande número de estações geradoras interligadas de modo que a energia total produzida possa ser utilizada em toda a região coberta pelo sistema. Pela NBR 5410 Proteção é a ação automática provocada por dispositivos sensíveis a determinadas condições anormais que ocorrem num circuito, no sentido de evitar danos às pessoas e aos animais e/ou evitar ou limitar danos a um sistema ou equipamento elétrico. PORQUE SE PROTEGE UM SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA ? Os componentes de um sistema elétrico de potência como: gerador, transformador, barramento, linha de transmissão, motor, etc, são protegidos pelos seguintes motivos: Na ocorrência de uma falta, por exemplo curto-circuito, ° equipamento em falta deve ser desenergizado o mais rápido possível para limitar os danos no equipamento em questão; Uma falta, normalmente, acarreta esforços térmicos e mecânicos noutras partes do sistema por onde circulam correntes acima da nominal. Portanto, uma falta deve ser eliminada para que a mesma não danifique outras partes do sistema; Uma falta sempre impõe riscos às instalações e ao pessoal envolvido na operação do sistema. Portanto, uma proteção adequada garante maior segurança às instalações e ao pessoal.

Considerando que cada disjuntor dos unifilares apresentados corresponde um sistema de proteção, podemos afirmar: O esquema de proteção do unifilar 1 é mais seletivo, mais sensível, mais confiável, mais rápido, e apresenta melhor discriminação de falta, embora o unifilar 2 seja mais econômico. Mais seletivo por apresentar mais zonas de desligamento; Mais sensível porque os relés de cada transformador serão ajustados conforme respectivos parâmetros. No unifilar 2, a proteção será ajustada pelos parâmetros do circuito total; Mais rápido devido ao fato de ser mais sensível; Mais confiável por apresentar cada transformador uma proteção de retaguarda pelo disjuntor geral 52; Havendo mais zonas de proteção terá melhor discriminação. A descrição do esquema de controle é o seguinte:

A bobina de abertura 52/BA do disjuntor ao

ser energizado fará acionar o mecanismo de

abertura do disjuntor.

Normalmente, esta bobina é energizada em corrente

contínua, através de um sistema de bateria mais

carregador.

Quando há uma falta, o relé 51 opera

fechando seu contato NA mostrando no esquema de

controle. Enquanto o disjuntor estiver fechado, seu

contato auxiliar 52/NA também estará fechado.

Logo, o contato 51 fechando energizará a bobina

52/BA do disjuntor que acionará seu mecanismo de

abertura.

Enquanto isso, a bobina Si, que é uma unidade

auxiliar do relé, energizará fechando o contato SI e

liberando uma bandeirada para indicar operação do

relé. O contato SI protege 51 do relé, que poderá

vibrar. Sem o SI esta vibração acarretaria arco

elétrico no contato 51 que se danificaria. O contato

52/NA do disjuntor interrompe o circuito de

controle, tão logo o disjuntor abra.

TRANSFORMADORES DE CORRENTE (TC'S) E TRANSFORMADORES DE POTENCIAL (TP'S) Os transformadores de instrumentos se dividem, de acordo com sua aplicação em: TC



27

TP (indutivo e capacitivo) OBS: Para se especificar um transformador de instrumento consultar as seguintes normas:

TC - NBR 6856 TP -NBR 6855 TC Medição Proteção: Alta impedância (A) Baixa impedância (B) Classe de exatidão dos TC' s Medição. 0,3; 0,6; 1,2; 3 Proteção: 5 e 10 Circuito equivalente do TC:

Para determinação do erro máximo de um TC de

proteção, o valor de Is a ser considerado deve ser

20 vezes a corrente secundária nominal.

Pela NBR 6856 tem-se:

TC de medição: Exemplo: 0,3 C 25

0,3 = Classe de exatidão

25 = Carga em V A

VA = ZI²

Se a corrente secundária nominal do TC é

5A , o TC 0,3C25 apresentará uma classe 0,3 se

conecta uma carga de 25. = Z.5²→ Z = Ω no seu

secundário.

TC DE PROTEÇÃO:

Um TC, por exemplo 10 B 400 apresenta

um erro máximo de 10%, considerando 20 vezes a

corrente nominal no secundário e carga nominal

conectada no secundário.

Is Nominal = 5 A

A carga nominal é.400 = I.Z

400 = 20 . Is . Z

400 = 20 . 5 . Z → Z = 4Ω OBS: Cuidados com o TC

O circuito secundário de um TC não pode

ser aberto quando se tem corrente fluindo no

primário. Quando um secundário de um TC é aberto

toda corrente primária torna-se corrente de

magnetização, saturando o núcleo a cada meio ciclo.

Nesta condição, a alta taxa de variação de fluxo

(d<φ/dt), enquanto a corrente primária passa por

zero, induz um pico de tensão no secundário que

pode chegar a muitos Kilovolts para: o caso em que

se tenha um TC para serviço de proteção com alta

relação. Isto pode representar situações de perigo

ás pessoas que eventualmente estiverem

trabalhando com o TC.



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GLOSSÁRIO auferindo – obtendo; lucrando. avaria – estrago; prejuízo. capta – recolhe. escoamento – ato de escoar (escorrer pouco a pouco;

filtrar-se). impedância – relação entre o valor da tensão eficaz

aplicada ao circuito elétrico e a corrente que o percorre. ioniza - dissociar uma molécula em íons. jusante – direção para qual correm a água. maturação – ato de maturar (aguardar o momento

propício). obsoleta – ultrapassado; antigo. obstruir – opor obstáculo a alguma coisa; impedir. reatâncias – componente da impedância ou capacidade no

circuito. sícronas – simultâneas. talude – terreno inclinado.



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CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste módulo, você encontrou conteúdo, textos e interpretações para apoiá-lo no seu Curso. Aqui, a

teoria é acompanhada da sua contrapartida – estágio – que será de grande valor para o seu enriquecimento

profissional.

Não pretendemos de forma alguma ditar receitas infalíveis. Nossa intenção é conduzir um diálogo

direcionado a você e dessa forma, ajudá-lo a desenvolver habilidades de estudo – consultas a dicionário,

enciclopédia e leitura de textos – tornando-o apto a superar os limites que esse material encerra.

Agora, vamos ao seu desempenho. Se você acertou tudo, passará para o próximo módulo. Caso

contrário, esclareça suas dúvidas com o seu professor/tutor, de acordo com a sua disponibilidade de tempo e

esteja você onde estiver, seja por telefone, fax ou internet (www.colegiopolivalente.com.br.)

O desafio de toda Equipe Polivalente é saber articular um ensino profissionalizante de modo a ser

compreendido pela comunidade. O único modo para articulá-lo e vivê-lo, é dando testemunho de vida.

O seu sucesso é também sucesso do CIP.

Afinal, o CIP é você!!!!

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APRESENTAÇÃOead.colegiopolivalente.com.br/AreaFechada/pdf/Sistema_eletrico.pdf · dos sistemas de potência é prever a demanda futura de energia de tal modo que, centrais geradoras