0GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃODE ENERGIA ELÉTRICAORGANIZAÇÃO:Robson.C.BorgesSUMÁRIO1 SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO......................................................................031.1 Introdução.............................................................................................................031.2 Estrutura de um Sistema Elétrico de Potência (SEP)..........................................061.3 Sistema Interligado Nacional (SIN)......................................................................081.4 Agentes do setor elétrico......................................................................................112 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA....................................................................142.1 Introdução.............................................................................................................142.2 Usinas de geração de energia elétrica.................................................................182.2.1 Geração hidrelétrica..........................................................................................182.2.2 Geração termelétrica.........................................................................................232.2.2.1Usinas Nucleares............................................................................................262.2.3 Fontes alternativas para geração de energia elétrica.......................................292.2.3.1 Geração eólica...............................................................................................302.2.3.2 Geração solar e fotovoltaica...........................................................................332.2.3.3 Geração de energia por meio da biomassa...................................................362.2.3.4 Geração marémotriz.......................................................................................382.2.3.5 Geração geotérmica.......................................................................................393 TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA............................................................403.1 Introdução.............................................................................................................40

3.2 Linhas aéreas de transmissão de energia elétrica...............................................423.2.1 Linhas aéreas com corrente alternada..............................................................423.2.2 Linhas aéreas com corrente contínua...............................................................463.2.3 Componentes básicos de uma linha de transmissão aérea..............................483.2.3.1 Cabos condutores..........................................................................................483.2.3.2 Cabos para-raios............................................................................................513.2.3.3 Isoladores.......................................................................................................523.2.3.3.1 Tipos de isoladores.....................................................................................5323.2.3.4 Estruturas das linhas de transmissão.............................................................543.3 Linhas subterrâneas e marítimas para transmissão de energia elétrica..............583.4 Características elétricas de linhas e cabos..........................................................604 DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA............................................................614.1 Introdução.............................................................................................................614.2 Principais conceitos associados aos sistemas de distribuição.............................644.3 Tensões padronizadas para sistemas de distribuição..........................................704.4 Equipamentos e dispositivos utilizados em redes de distribuição........................714.4.1 Transformador...................................................................................................714.4.1.1 Transformadores de distribuição....................................................................734.4.1.2 Operação em paralelo de transformadores....................................................794.4.1.3 Potência dos transformadores........................................................................824.4.2 Chaves fusíveis.................................................................................................824.4.2.1 Dimensionamento de elos fusíveis.................................................................884.4.3 Para-raios..........................................................................................................914.4.4 Chaves seccionadoras......................................................................................93

REFERÊNCIAS..........................................................................................................9531 SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO1.1 IntroduçãoNa história da sociedade, a energia elétrica, desde a sua descoberta,sempre ocupou lugar de destaque, tendo em vista que ela está diretamenterelacionada com a qualidade de vida e o progresso econômico.Figura 1 - Importância da eletricidade para a sociedadeFonte: Apostila de GTD – Geração, Transmissão e Distribuição de EnergiaElétricaA energia elétrica proporciona à sociedade trabalho, produtividade edesenvolvimento e aos seus cidadãos conforto, comodidade, bem-estar epraticidade, o que torna a sociedade moderna cada vez mais dependente de seufornecimento e mais suscetível às falhas do sistema elétrico. Em contrapartida estadependência dos usuários vem se traduzindo em exigências por melhor qualidadede serviço e do produto.A energia elétrica é uma das mais nobres formas de energia secundária.A sua facilidade de geração, transporte, distribuição e utilização, com asconsequentes transformações em outras formas de energia, atribuem à eletricidadeuma característica de universalização, disseminando o seu uso pela humanidade.No mundo de hoje, eletricidade, assim como alimentação e moradia, devem serconsideradas direitos humanos básicos.4Figura 2 - Fontes primárias para geração de eletricidade no Brasil e no mundoFonte: Balanço energético nacional 2009Figura 3 - Matriz de oferta de energia elétrica no BrasilFonte: Balanço energético nacional 2009Conforme as figuras 2 e 3, no Brasil, entre as fontes primárias esecundárias de energia a fonte hidráulica é a que mais contribui para produção deenergia elétrica, estando os locais produtores em regiões quase sempre distantesdos centros consumidores. Com isso são necessárias grandes extensões de linhas5de transmissão e instalações para repartir e distribuir a energia nos centros deconsumo.As condições de não armazenamento e de não violação das restriçõesoperativas impõem à eletricidade sua produção no momento exato em que érequerida ou consumida, fazendo com que o dimensionamento do sistema elétricoseja determinado pelo nível máximo de energia demandada, resultando emociosidade dessas instalações durante o período de menor demanda.Figura 4 - Consumo final de eletricidade por setorFonte: Balanço energético nacional 2009O atendimento dos aspectos de simultaneidade de produção e consumo,

exigindo instalações dimensionadas para a ponta de carga e a longa distância entreos locais de geração e os centros consumidores pode ser traduzido pela necessáriaexistência de um sistema de transmissão e de distribuição longos e complexos,apoiados por uma estrutura de instalações e equipamentos que, além de representarimportantes investimentos, exigem ações permanentes de planejamento, operação emanutenção e estão, como qualquer produto tecnológico, sujeitos à falhas.61.2 Estrutura de um Sistema Elétrico de Potência (SEP)Os sistemas elétricos são tipicamente divididos em segmentos como:geração, transmissão, distribuição, utilização e comercialização. A oferta da energiaelétrica aos seus usuários é realizada por intermédio da prestação de serviço públicoconcedido para exploração à entidade privada ou governamental. As empresas queprestam serviço público de energia elétrica o fazem por meio da concessão oupermissão concedidos pelo poder público.Figura 5 - Etapas de geração, transmissão e distribuição de energia elétricaFonte: Google imagensNa etapa de geração de energia elétrica uma tensão alternada éproduzida, a qual é expressa por uma onda senoidal com frequência fixa e amplitudeque varia conforme a modalidade do atendimento em Baixa (BT), Média (MT) ou AltaTensão (AT). Essa onda senoidal propaga-se pelo sistema elétrico mantendo afrequência constante e modificando a amplitude à medida que trafegue portransformadores. Os consumidores conectam-se ao sistema elétrico e recebem oproduto e o serviço de energia elétrica.A rede de transmissão liga as grandes usinas de geração às áreas degrande consumo. Em geral apenas poucos consumidores com um alto consumo deenergia elétrica são conectados às redes de transmissão em que predomina aestrutura de linhas aéreas. A segurança é um aspecto fundamental para as redes de7transmissão. Qualquer falta neste nível pode levar a descontinuidade de suprimentopara um grande número de consumidores. A energia elétrica é permanentementemonitorada e gerenciada por um centro de controle. O nível de tensão depende dopaís, mas normalmente está estabelecido entre 220 kV e 765 kV.A rede de subtransmissão recebe energia da rede de transmissão comobjetivo de transportar energia elétrica a pequenas cidades ou importantesconsumidores industriais. O nível de tensão está entre 35 kV e 160 kV. Em geral, o

arranjo das redes de subtransmissão é em anel para aumentar a segurança dosistema. A estrutura dessas redes é feita em geral por meio de linhas aéreas, porvezes cabos subterrâneos próximos a centros urbanos fazem parte da rede.As redes de distribuição alimentam consumidores industriais de médio epequeno porte, consumidores comerciais e de serviços e consumidores residenciais.Os níveis de tensão de distribuição são assim classificados segundo aProgramação da Distribuição (Prodist):Alta Tensão (AT) de distribuição : tensão entre fases cujo valor eficazé igual ou superior a 69 kV e inferior a 230 kV;Média Tensão (MT) de distribuição: tensão entre fases cujo valoreficaz é superior a 1 kV e inferior a 69 kV;Baixa Tensão (BT) de distribuição: tensão entre fases cujo valor eficazé igual ou inferior a 1 kV.De acordo com a Resolução Nº 456/2000 da ANEEL e o módulo 3 doProdist, a tensão de fornecimento para a unidade consumidora se dará de acordocom a potência instalada:tensão secundária de distribuição inferior a 2,3 kV: quando a cargainstalada na unidade consumidora for igual ou inferior a 75 kW;tensão primária de distribuição inferior a 69 kV: quando a cargainstalada na unidade consumidora for superior a 75 kW e a demandacontratada ou estimada pelo interessado, para o fornecimento, for igualou inferior a 2.500 kW;8tensão primária de distribuição igual ou superior a 69 kV: quando ademanda contratada ou estimada pelo interessado, para ofornecimento, for superior a 2.500 kW.As tensões de conexão padronizadas para AT e MT são: 138 kV (AT), 69kV (AT), 34,5 kV (MT) e 13,8 kV (MT). O setor terciário, tais como hospitais, edifíciosadministrativos, pequenas indústrias, etc são os principais usuários da rede MT.A rede BT representa o nível final na estrutura de um sistema de potência.Um grande número de consumidores, setor residencial, é atendido pelas redes emBT.Figura 6 - Faixas de tensão do sistema elétricoFonte: Apostila de GTD – Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica1.3 Sistema Interligado Nacional (SIN)O parque gerador nacional é constituído, predominantemente, de centraishidrelétricas de grande e médio porte, instaladas em diversas localidades doterritório nacional. Por outro lado, existe uma concentração de demanda emlocalidades industrializadas onde não se concentram as centrais geradoras. Estas9características são imperativas para a implantação de um sistema de transmissão delonga distância.Figura 7 - Sistema de transmissão brasileiro

Fonte:ONSAté 1999, o Brasil possuía vários sistemas elétricos desconectados, o queimpossibilitava uma operação eficiente das bacias hidrográficas regionais e datransmissão de energia elétrica entre as principais usinas geradoras. Com o objetivode ampliar a confiabilidade, aperfeiçoar os recursos energéticos e homogeneizarmercados foi criado o Sistema Interligado Nacional (SIN), o qual é responsável pormais de 95% do fornecimento nacional. Sua operação é coordenada e controladapelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS).A operação nacional do sistema elétrico, por meio do ONS, concentra suaatuação sobre a rede de operação do sistema interligado nacional. A rede deoperação é constituída pela rede básica, rede complementar e usinas submetidas aodespacho centralizado, sendo a rede complementar aquela situada fora dos limitesda rede básica e cujos fenômenos têm influência significativa nesta.10O sistema interligado de eletrificação permite que as diferentes regiõespermutem energia entre si quando uma delas apresenta queda no nível dosreservatórios. Como o regime de chuvas é diferente nas regiões Sul, Sudeste, Nortee Nordeste os grandes troncos (linhas de transmissão de mais alta tensão: 500 kVou 750 kV) possibilitam que os pontos com produção insuficiente de energia sejamabastecidos por centros de geração em situação favorável.Vantagens dos sistemas interligados:aumento da estabilidade – o sistema torna-se mais robusto podendoabsorver, sem perda de sincronismo, maiores impactos elétricos;aumento da confiabilidade – permite a continuidade do serviço emdecorrência da falha ou da manutenção de equipamento ou aindadevido às alternativas de rotas para fluxo da energia;aumento da disponibilidade do sistema – a operação integrada acrescea disponibilidade de energia do parque gerador em relação ao que seteria se cada empresa operasse suas usinas isoladamente;mais econômico – permite a troca de reservas que pode resultar emeconomia na capacidade de reservas dos sistemas. O intercâmbio deenergia está baseado no pressuposto de que a demanda máxima dossistemas envolvidos acontece em horários diferentes. O intercâmbiopode também ser motivado pela importação de energia de baixo custode uma fonte geradora como, por exemplo, a energia hidroelétrica paraoutro sistema cuja fonte geradora apresenta custo mais elevado.Desvantagens dos sistemas interligados:o distúrbio em um sistema afeta os demais sistemas interligados;a operação e a proteção tornam-se mais complexas.111.4 Agentes do setor elétricoO setor elétrico mundial tem passado por amplo processo de

reestruturação organizacional. No modelo atual os sistemas elétricos sãotipicamente divididos em segmentos como: geração, transmissão, distribuição ecomercialização.No Brasil, esse processo de reestruturação foi desencadeado com acriação de um novo marco regulatório, a desestatização das empresas do setorelétrico e a abertura do mercado de energia elétrica. Para gerenciar este novomodelo do setor elétrico o Governo Federal criou a estrutura organizacional que seráapresentada na figura 8:Figura 8 - Estrutura organizacional do setor elétrico nacionalFonte: ANEELConselho Nacional De Política Energética (CNPE): é um órgãointerministerial de assessoramento à presidência da república, tendocomo principais atribuições formular políticas e diretrizes de energia eassegurar o suprimento de insumos energéticos às áreas mais remotasou de difícil acesso. É também responsável por revisar periodicamente12as matrizes energéticas aplicadas às diversas regiões do país,estabelecer diretrizes para programas específicos, como os de uso dogás natural, do álcool, de outras biomassas, do carvão e da energiatermonuclear, além de estabelecer diretrizes para a importação e aexportação de petróleo e gás natural;Ministério de Minas e Energia (MME): é o órgão do Governo Federalresponsável pela condução das políticas energéticas do país. Suasprincipais obrigações incluem a formulação e a implementação depolíticas para o setor energético, de acordo com as diretrizes definidaspelo CNPE. O MME é responsável por estabelecer o planejamento dosetor energético nacional, monitorar a segurança do suprimento dosetor elétrico brasileiro e definir ações preventivas para restauração dasegurança de suprimento no caso de desequilíbrios conjunturais entreoferta e demanda de energia;Empresa de Pesquisa Energética (EPE): instituída pela Lei nº10.847/04 e criada pelo Decreto nº 5.184/04, a EPE é uma empresavinculada ao MME, cuja finalidade é prestar serviços na área deestudos e pesquisas destinadas a subsidiar o planejamento do setorenergético. Suas principais atribuições incluem a realização de estudose projeções da matriz energética brasileira, execução de estudos quepropiciem o planejamento integrado de recursos energéticos,desenvolvimento de estudos que propiciem o planejamento deexpansão da geração e da transmissão de energia elétrica de curto,médio e longo prazos, realização de análises de viabilidade técnicoeconômicae sócio-ambiental de usinas, bem como a obtenção dalicença ambiental prévia para aproveitamentos hidrelétricos e detransmissão de energia elétrica;Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico (CMSE): é um órgão criadono âmbito do MME, sob sua coordenação direta, com a função deacompanhar e avaliar a continuidade e a segurança do suprimentoelétrico em todo o território nacional. Suas principais atribuiçõesincluem: acompanhar o desenvolvimento das atividades de geração,transmissão, distribuição, comercialização, importação e exportação deenergia elétrica; avaliar as condições de abastecimento e de

13atendimento; realizar periodicamente a análise integrada de segurançade abastecimento e de atendimento; identificar dificuldades eobstáculos que afetem a regularidade e a segurança de abastecimentoe expansão do setor e elaborar propostas para ajustes e açõespreventivas que possam restaurar a segurança no abastecimento e noatendimento elétrico;Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL): foi instituída pela Lei nº9.427/96 e constituída pelo Decreto nº 2.335/97, com as atribuições deregular e fiscalizar a produção, a transmissão, a distribuição e acomercialização de energia elétrica, zelando pela qualidade dosserviços prestados, pela universalização do atendimento e peloestabelecimento das tarifas para os consumidores finais, semprepreservando a viabilidade econômica e financeira dos agentes e daindústria. As alterações promovidas em 2004 pelo novo modelo dosetor estabeleceram como responsabilidade da ANEEL, direta ouindiretamente, a promoção de licitações na modalidade de leilão para acontratação de energia elétrica pelos agentes de distribuição doSistema Interligado Nacional (SIN);Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE): instituída pelaLei nº 10.848/04 e criada pelo Decreto nº 5.177/04, absorveu asfunções do MAE e suas estruturas organizacionais e operacionais.Entre suas principais obrigações estão: a apuração do Preço deLiquidação de Diferenças (PLD), utilizado para valorar as transaçõesrealizadas no mercado de curto prazo; a realização da contabilizaçãodos montantes de energia elétrica comercializados; a liquidaçãofinanceira dos valores decorrentes das operações de compra e vendade energia elétrica realizadas no mercado de curto prazo e a realizaçãode leilões de compra e venda de energia no ACR, por delegação daANEEL;Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS): foi criado pela Lei nº9.648, de 27 de maio de 1998 e regulamentado pelo Decreto nº 2.655,de 2 de julho de 1998, com as alterações do Decreto nº 5.081, de 14 demaio de 2004 para operar, supervisionar e controlar a geração deenergia elétrica no SIN, e administrar a rede básica de transmissão de14energia elétrica no Brasil. Tem como objetivo principal atender osrequisitos de carga, otimizar custos e garantir a confiabilidade dosistema, definindo ainda as condições de acesso à malha detransmissão em AT do país;Eletrobrás: controla grande parte dos sistemas de geração etransmissão de energia elétrica do Brasil por intermédio de seissubsidiárias: Chesf, Furnas, Eletrosul, Eletronorte, CGTEE (Companhiade Geração Térmica de Energia Elétrica) e Eletronuclear. A empresapossui ainda 50% da Itaipu Binacional e também controla o Centro dePesquisas de Energia Elétrica (Cepel), o maior de seu gênero nohemisfério Sul. A Eletrobrás dá suporte a programas estratégicos dogoverno federal, como o Programa de Incentivo às Fontes Alternativasde Energia Elétrica (Proinfa), o Programa Nacional de Universalizaçãodo Acesso e Uso da Energia Elétrica (Luz para Todos) e o Programa

Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel).2 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA2.1 IntroduçãoA geração de energia elétrica consiste no processo de transformação dediferentes fontes de energia primárias e secundárias em energia elétrica.A figura 9 apresenta um quadro das principais fontes primárias esecundárias, exauríveis e renováveis, convencionais e alternativas, para geração deenergia elétrica.15Figura 9 - Fontes primárias e secundárias para geração de energia elétricaFonte: Google imagensDefine-se como fonte de energia não renovável aquela cuja velocidade dereposição natural é inferior à velocidade de sua utilização pela humanidade. Elaapresenta, portanto, uma característica exaurível (finita) de utilização. Citam-secomo exemplo o carvão mineral e os seus derivados, o petróleo e os seusderivados, o gás natural, o xisto, a turfa e o urânio. As fontes não renováveis sãoresultados de um processo que leva milhões de anos para converter luz do sol emhidrocarbonetos.Define-se como fonte de energia renovável aquela cuja velocidade dereposição natural é superior à velocidade de sua utilização, tendo, portanto, umacaracterística de utilização infinita. As fontes geotérmica, gravitacional e solarconstituem a base das fontes renováveis de energia. Cita-se como exemplo defontes renováveis a energia solar, a hidráulica, a eólica, dos oceanos (onda, maré ecorrentes marítimas), o carvão vegetal, quando renovado por ações dereflorestamento, a biomassa (lenha, resíduos agrícola), o biocombustível (etanol,biodiesel e óleos vegetais), o biogás, a energia geotérmica, etc. Tais fontes16renováveis convertem radiação solar, a rotação da terra e a energia geotérmica emenergia usável em um menor tempo.O sistema global de energia atual depende principalmente dehidrocarbonetos como óleo, gás e carvão, os quais juntos compreendemaproximadamente 81% dos recursos energéticos. A tradicional biomassa – comomadeira e esterco – participa com 10% e a nuclear com 6%, enquanto todas asfontes renováveis contribuem com apenas 3%.Figura 10 - Sistema global atual de energiaFonte: Google imagensA trajetória de uso dos recursos energéticos pode ser dividida emdiferentes eras desde a predominância da madeira, passando ao carvão, aosderivados de petróleo, em direção a uma menor predominância do carbono por meiodo gás natural e fontes não fósseis. Estima-se que em 2050 acima de 60% daeletricidade será gerada por fontes renováveis.A energia hidráulica é praticamente destinada à produção de energia

elétrica, assim como parcela expressiva dos combustíveis fósseis como carvão eurânio e derivados agrícolas. As fontes fósseis, nuclear e hidráulica são capazes deproduzir grandes quantidades de energia elétrica. Muitos sistemas elétricos contêmuma combinação desses três tipos principais de geração.17Figura 11 - Conversão de fontes não-renováveis em energia elétricaFonte: Google imagensNo entanto, grande ênfase tem sido dada ao emprego de fontesrenováveis por constituírem a forma de energia mais limpa, de menor impactoambiental decorrente do processo de transformação. As fontes renováveis sãoaquelas que são continuamente disponíveis e sustentáveis ao meio ambiente. Emparticular, os combustíveis renováveis não emitem gases de efeito estufa ou sãoemissores neutros ao longo do ciclo de vida.Figura 12 - Conversão de fontes renováveis em energia elétricaFonte: Google imagens182.2 Usinas de geração de energia elétricaA produção de energia elétrica é caracterizada por processos do tipo:eletromecânico (hidráulico, térmico, eólico, marémotriz), fotovoltaico e químico.2.2.1 Geração hidrelétricaUtiliza o movimento e a queda d’água de rios para geração de energiaelétrica. Normalmente constroem-se diques que represam o curso da água,acumulando-a num reservatório que se chama barragem. Esse tipo de usinahidráulica é denominado usina com reservatório de acumulação. Em outroscasos, existem diques que não param o curso natural da água, mas a obrigam apassar pela turbina de forma a produzir eletricidade, denominando-se usinas a fiode água.Quando se abrem as comportas da barragem, a água, por meio de dutos,é levada até as lâminas da turbina fazendo-a girar. Acoplado a turbina está o rotordo gerador, ou seja, o gerador ligado à turbina transforma a energia mecânica emeletricidade.Figura 13 - Usina hidrelétricaFonte: Google imagens19O conjunto turbina-gerador gira a velocidades relativamente baixas, de 50a 300 rpm, quando comparadas às turbinas a vapor. Após passar pela turbina, aágua retorna para o rio.Figura 14 - Turbina hidráulica acoplada a geradorFonte: Google imagensA quantidade de energia produzida é proporcional à:vazão da água;

altura do nível do reservatório.Em geral podemos encontrar três diferentes tipos de turbinas: Pelton,Francis e Kaplan. A figura 15 mostra algumas características de cada um destestipos:20Figura 15 - Esquema de turbinas hidráulicas: Pelton, Francis e KaplanFonte: Apostila de GTD – Geração, Transmissão e Distribuição de energiaelétricaA classificação de usinas quanto à capacidade de produção éapresentada na tabela 1:Tabela 1 - Classificação de usinas hidrelétricas quanto à potênciaFonte: Balanço energético nacional 2009A tabela 2 lista as 10 maiores usinas hidrelétricas no Brasil:21Tabela 2 - As dez maiores usinas hidrelétricas no BrasilFonte: Balanço energético nacional 2009Os impactos da construção de reservatórios são relativamente bemdocumentados para muitas bacias hidrográficas. Estes impactos estão relacionadosao tamanho, ao volume, ao tempo de retenção do reservatório, a localizaçãogeográfica e a localização no curso rio. Os principais impactos detectados são:inundação de áreas agricultáveis;perda de vegetação e da fauna terrestres;interferência na migração dos peixes;mudanças hidrológicas a jusante da represa;alterações na fauna do rio;interferências no transporte de sedimentos;aumento da distribuição geográfica de doenças de veiculação hídrica;perdas de heranças históricas e culturais, alterações em atividadeseconômicas e usos tradicionais da terra;problemas de saúde pública devido à deterioração ambiental;problemas geofísicos devido ao acumulo de água foram detectados emalguns reservatórios;perda da biodiversidade terrestre e aquática;efeitos sociais por realocação.Nem todos os efeitos da construção de reservatórios são negativos.Deve-se considerar também muitos efeitos positivos como:22produção de energia: hidroeletricidade;retenção de água regionalmente;aumento do potencial de água potável e de recursos hídricosreservados;criação de possibilidades de recreação e turismo;aumento do potencial de irrigação;aumento e melhoria da navegação e do transporte;aumento da produção de peixes e da possibilidade de aquicultura;regulação do fluxo e inundações;aumento das possibilidades de trabalho para a população local.Figura 16 - Usina hidrelétrica de Itaipu BinacionalFonte: Google imagens

Como usinas hidrelétricas utilizam a água como fonte primária, não existecusto, além de não ser poluente e ser renovável. Porém, o custo do capital paraconstrução civil é alto, além do tempo de construção relativamente alto.232.2.2 Geração termelétricaUtiliza a energia obtida pela combustão de combustível fóssil e deresíduos agroindustriais ou pela energia térmica liberada em reações nucleares.O sistema convencional das termelétricas consiste basicamente de umacaldeira, uma turbina a vapor, um condensador e um sistema de bombas. Nacaldeira, que recebe o calor liberado pela combustão, a água passa do estadolíquido para o gasoso (vapor) há uma pressão bem maior que a atmosférica. Quantomaior a temperatura deste vapor, maior a eficiência das turbinas.Figura 17 - Usina termelétricaFonte: Google imagensApós mover as turbinas, o vapor é direcionado ao condensador pararetornar ao estado líquido. A água, que circula dentro de serpentinas conectadas aoequipamento, é o fluido de resfriamento. Este líquido, por sua vez, é direcionado, pormeio do sistema de bombas, novamente para a caldeira, que repetirá o processo deprodução da energia térmica que se transformará em energia mecânica paramovimentar as turbinas.As etapas de combustão e resfriamento (que também implica a remoçãode gases incondensáveis do vapor) são aquelas em que os gases poluentes sãoliberados na atmosfera.24Figura 18 - Conjunto turbogerador Tractebel EnergiaFonte: AutorA tabela 3 mostra a quantidade de usinas e o tipo de combustível fóssilem operação no Brasil atualmente:Tabela 3 - Usinas que utilizam combustível fóssil no BrasilFonte: ANEELO carvão é a fonte energética mais usada no mundo para geração deenergia elétrica por sua abundância, pela distribuição de jazidas no mundo e porsuas vantagens econômicas. É também a fonte que mais contribui com emissõesatmosféricas.Considerações sobre as usinas termelétricas a carvão mineral no Brasil:opção natural na região Sul do país;25necessidade de equacionamento de problemas ambientais (cinzas eenxofre);o Brasil possui reservas grandes, mas o carvão é de baixa qualidade.Figura 19 - Usina termelétrica a carvão Jorge Lacerda/ Capivari de Baixo-SCFonte: Google imagensNas usinas termelétricas a gás, a primeira etapa do processo consiste na

mistura de ar comprimido com o gás natural a fim de se obter a combustão. Oresultado é a emissão de gases em alta temperatura, que provocam o movimentodas turbinas conectadas aos geradores de eletricidade. A energia térmica, portanto,transforma-se em mecânica e, em seguida, em elétrica.O interesse pelo gás natural está diretamente relacionado à busca dealternativas para o petróleo e a procura de fontes menos agressivas ao meioambiente. Um exemplo é o próprio Brasil, cuja expansão acelerada do consumo estádiretamente relacionada às importações da Bolívia, que desde os anos 80 está entreos países com maiores reservas da América Latina, junto à Argentina e aVenezuela. Essa importação foi proporcionada pelo início da operação do gasodutoBolívia/Brasil em 1999.26Figura 20 - Construção do gasoduto Brasil-BolíviaFonte: ANEELAinda em relação às usinas nucleares podemos destacar:custos operacionais altos (custo do combustível);maior risco cambial (gás importado);geralmente localizadas próximas aos centros de consumo de energiaelétrica.2.2.2.1 Usinas nuclearesO valor do minério urânio está na característica do átomo que o compõe:o átomo de urânio (U), primeiro elemento químico da natureza em que se descobriua capacidade de radiação (ou emissão e propagação da energia de um ponto aoutro). Essa radiação, se descontrolada, pode provocar os acidentes nucleares. Sebem utilizada, é aplicada em atividades importantes e até mesmo vitais, como amedicina.A maior aplicação do átomo de urânio é em usinas térmicas para ageração de energia elétrica – as chamadas usinas termonucleares. De uma maneiramuito simplificada, neste caso o núcleo do átomo é submetido a um processo defissão (divisão) para gerar a energia. Se esta é liberada lentamente, manifesta-sesob a forma de calor. Se for liberada rapidamente, manifesta-se como luz. Nas27usinas termonucleares ela é liberada lentamente e aquece a água existente nointerior dos reatores a fim de produzir o vapor que movimenta as turbinas.As usinas termonucleares são dotadas de uma estrutura chamada vasode pressão, que contém a água de refrigeração do núcleo do reator (onde fica ocombustível nuclear). Essa água, altamente radioativa, circula quente por umgerador de vapor, em circuito fechado, chamado de circuito primário. Esse circuitoprimário aquece uma outra corrente de água que passa pelo gerador (circuito

secundário) e se transforma em vapor, acionando a turbina para a geração deenergia elétrica. Os dois circuitos não têm comunicação entre si.Figura 21 - Usina termonuclearFonte: Google imagensOs maiores consumidores de energia nuclear são: Estados Unidos,França, Japão e Rússia.A geração nuclear de energia elétrica vive um novo ciclo de expansão.Esse fenômeno é resultado da conjunção de diversas variáveis. Algumas são deordem tecnológica, como as pesquisas para aumentar a segurança das instalações,a eficiência e a vida útil das unidades (cujo padrão é de 30 anos). Estes avanços28reduzem o risco de acidentes nucleares e aumentam a viabilidade econômica doempreendimento.A instalação de usinas nucleares no Brasil foi decidida no final da décadade 60. Com elas, o Governo Federal pretendia adquirir conhecimento sobre a novatecnologia que se expandia rapidamente pelo mundo e, ao mesmo tempo, resolverum problema localizado: a necessidade de complementação térmica para osuprimento de eletricidade ao Rio de Janeiro.A construção de Angra I teve início em 1972, com tecnologia da norteamericanaWestinghouse. Três anos depois, em 1975, o país assinou com aRepública Federal da Alemanha o acordo de cooperação para o uso pacífico daenergia nuclear. Em julho do mesmo ano, adquiriu as usinas de Angra II e Angra IIIda empresa Kraftwerk Union A.G. – KWU, subsidiária da Siemens, também alemã.Figura 22 - Usina nuclear em Angra dos Reis – RJFonte: Google imagensAngra I, com potência instalada de 657 MW, entrou em operaçãocomercial em 1985. Angra II, com potência instalada de 1.350 MW, em 2000. Aconstrução de Angra III, também com 1.350 MW, por uma série de razões foiparalisada durante muitos anos. A operação de Angra III está prevista para ter inícioem 2014.Ainda em relação às usinas nucleares podemos destacar:alto investimento na construção;custo de operação razoavelmente barato (urânio);29fonte energética de controle estatal;problemas ambientais (destino dos resíduos radioativos), sociais epolíticos.2.2.3 Fontes alternativas para geração de energia elétricaEm 2008, muitos países – inclusive o Brasil – mantinham programas

oficiais para expansão das chamadas fontes renováveis de energia, iniciados já háalguns anos. Mas, em boa parte deles, as duas principais fontes – aproveitamentoshídricos e a biomassa – não apresentavam significativo potencial de expansão.Assim, as pesquisas e as aplicações acabaram por beneficiar o grupo chamado“fontes alternativas”.No grupo chamado “fontes alternativas” estão abrigadas o vento (energiaeólica), o sol (energia solar), o mar, a energia geotérmica (calor existente no interiorda Terra), o esgoto, o lixo, os dejetos animais, entre outros. Em comum, elas têm ofato de serem renováveis e, portanto, corretas do ponto de vista ambiental.Permitem não só a diversificação, mas também a “limpeza” da matriz energéticalocal ao reduzir a dependência dos combustíveis fósseis, como carvão e petróleo,cuja utilização é responsável pela emissão de grande parte dos gases que provocamo efeito estufa. Além disso, também podem operar como fontes complementares agrandes usinas hidrelétricas, cujos principais potenciais já foram quaseintegralmente aproveitados nos países desenvolvidos.Mas, apesar do crescimento verificado, essas fontes têm participaçãopouco expressiva na matriz elétrica mundial. Em 2006, o conjunto composto porsolar, eólica, geotérmica, combustíveis renováveis e lixo produziu apenas 435 TWh(terawatts-hora) de uma oferta total de 18.930 TWh.302.2.3.1 Geração eólicaA energia eólica é, basicamente, aquela obtida da energia cinética (domovimento) gerada pela migração das massas de ar provocada pelas diferenças detemperatura existentes na superfície do planeta.A geração eólica ocorre pelo contato do vento com as pás do cata-vento,elementos integrantes da usina. Ao girar, essas pás dão origem à energia mecânicaque aciona o rotor do aerogerador, que produz a eletricidade. A quantidade deenergia mecânica transferida – e, portanto, o potencial de energia elétrica a serproduzida – está diretamente relacionada à densidade do ar, à área coberta pelarotação das pás e à velocidade do vento.Figura 23 - Princípio de geração eólicaFonte: Google imagensA capacidade instalada mundial da energia eólica aumentou 1.155% entre1997 e 2007, passando de 7,5 mil para 93,8 mil MW.A tabela 4 mostra os países com maior geração eólica:31Tabela 4 - Potência eólica instalada em 2007Fonte: ANEEL

Os grandes argumentos favoráveis à fonte eólica são, além darenovabilidade, perenidade, grande disponibilidade, independência de importações ecusto zero para obtenção de suprimento (ao contrário do que ocorre com as fontesfósseis). O principal argumento contrário é o custo que, embora seja decrescente,ainda é elevado na comparação com outras fontes. Apenas como exemplo, em2008, no Brasil, considerando-se também os impostos embutidos, era de cerca deR$ 230,00 por MWh, enquanto o custo da energia hidrelétrica estava em torno dosR$ 100,00 por MWh.A figura 23 mostra que as regiões com maior potencial medido sãoNordeste, principalmente no litoral (75 GW); Sudeste, particularmente no Vale doJequitinhonha (29,7 GW); e Sul (22,8 GW), região em que está instalado o maiorparque eólico do país, o de Osório, no Rio Grande do Sul, com 150 MW de potência.32Figura 24 - Potencial eólico brasileiroFonte: Balanço energético nacional 2009Os Parques Eólicos Osório, Sangradouro e dos Índios, que compõem oempreendimento de Osório, possuem, individualmente, 25 turbinas com potência de2 MW (o que totaliza a potência de 50 MW por parque), 70 metros de diâmetro e 100de altura. Os projetos construídos anteriormente foram, no entanto, todos depequeno porte e experimentais.Figura 25 - Parque eólico de Osório – RSFonte: Google imagens332.2.3.2 Geração solar ou fotovoltaicaA energia solar chega a Terra nas formas térmica e luminosa. Segundo oestudo constante do Plano Nacional de Energia 2030, produzido pela Empresa dePesquisa Energética, sua irradiação por ano na superfície da Terra é suficiente paraatender milhares de vezes o consumo anual de energia do mundo.O que tradicionalmente é mais generalizado é o uso da energia solar paraobtenção de energia térmica. Esta aplicação destina-se a atender setores diversos,que vão da indústria, em processos que requerem temperaturas elevadas (porexemplo, secagem de grãos na agricultura) ao residencial, para aquecimento deágua.A tabela 5 mostra os países líderes em geração fotovoltaica deeletricidade:Tabela 5 - Potências instaladas em células fotovoltaicas por paísFonte: ANEEL

Ao passar pela atmosfera terrestre, a maior parte da energia solarmanifesta-se sob a forma de luz visível de raios infravermelhos e de raiosultravioleta. É possível captar essa luz e transformá-la em alguma forma de energiautilizada pelo homem: térmica ou elétrica. São os equipamentos utilizados nessacaptação que determina qual será o tipo de energia a ser obtida. Se for utilizada umasuperfície escura para a captação, a energia solar será transformada em calor. Seutilizadas células fotovoltaicas (painéis fotovoltaicos), o resultado será a eletricidade.34Figura 26 - Sistema fotovoltaico de geração de eletricidadeFonte: Google imagensNo sistema fotovoltaico, a transformação da radiação solar emeletricidade é direta. Para tanto, é necessário adaptar um material semicondutor(geralmente o silício) para que, na medida em que este é estimulado pela radiação,permita o fluxo eletrônico (partículas positivas e negativas). Quando a luz do solatinge o semicondutor na região dessa junção, o campo elétrico existente permite oestabelecimento do fluxo eletrônico, antes bloqueado, e dá início ao fluxo de energiana forma de corrente contínua.Figura 27 - Célula fotovoltaicaFonte: Google imagens35Figura 28 - Usina fotovoltaicaFonte: Google imagensQuanto maior a intensidade de luz, maior o fluxo de energia elétrica. Umsistema fotovoltaico não precisa do brilho do sol para operar. Ele também pode gerareletricidade em dias nublados.Assim como ocorre com os ventos, o Brasil é privilegiado em termos deradiação solar. Além disso, o Nordeste possui radiação comparável às melhoresregiões do mundo nessa variável, como a cidade de Dongola, no deserto do Sudão,e a região de Dagget, no Deserto de Mojave, Califórnia. Apesar deste potencial e deo uso de aquecedores solares estar bastante difundido em cidades do interior e nazona rural, a participação do sol na matriz energética nacional é bastante reduzida.Segunda a Aneel, consta apenas uma usina fotovoltaica em Araras, nomunicípio de Nova Mamoré, no Estado de Rondônia, com potência instalada de20,48 kW.O principal obstáculo à utilização de geração solar em escala comercial é

o custo dos equipamentos, principalmente das células fotovoltaicas.362.2.3.3 Geração de energia por meio da biomassaQualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energiamecânica, térmica ou elétrica é classificada como biomassa. De acordo com a suaorigem, pode ser: florestal (madeira, principalmente), agrícola (soja, arroz e cana deaçúcar, entre outras) e rejeitos urbanos e industriais (sólidos ou líquidos, como olixo).Figura 29 - BiomassasFonte:Google imagensJá a produção em larga escala da energia elétrica e dos biocombustíveisestá relacionada à biomassa agrícola e à utilização de tecnologias eficientes. A précondiçãopara a sua produção é a existência de uma agroindústria forte e comgrandes plantações, sejam elas de soja, arroz, milho ou cana de açúcar. A biomassaé obtida pelo processamento dos resíduos dessas culturas. Assim, do milho épossível utilizar, como matéria-prima para energéticos, sabugo, colmo, folha e palha.Da soja e arroz os resíduos que permanecem no campo, tratados como palha. Nacana de açúcar o bagaço, a palha e o vinhoto.A geração de energia a partir da biomassa animal encontrava-se, em2008, em fase quase experimental, com poucas usinas de pequeno porte emoperação no mundo.37Tabela 6 - Maiores produtores de bioenergia em 2005Fonte: ANEELDe acordo com o banco de informações de geração da Agência Nacionalde Energia Elétrica (Aneel), em novembro de 2008 constatou-se 302 termelétricasmovidas a biomassa no país, que correspondem a um total de 5,7 mil MW(megawatts) instalados. Do total de usinas relacionadas, 13 são abastecidas porlicor negro (resíduo da celulose) com potência total de 944 MW; 27 por madeira (232MW); 3 por biogás (45 MW); 4 por casca de arroz (21 MW) e 252 por bagaço decana (4 mil MW). Uma das características desses empreendimentos é o pequenoporte com potência instalada de até 60 MW, o que favorece a instalação nasproximidades dos centros de consumo.Figura 30 - Produção de bioeletricidadeFonte: Google imagens38A cana de açúcar é um recurso com grande potencial, dentre as fontes debiomassa, para geração de eletricidade existente no país, por meio da utilização do

bagaço e da palha. A participação é importante não só para a diversificação damatriz elétrica, mas também porque a safra coincide com o período de estiagem naregião Sudeste/Centro-Oeste, onde está concentrada a maior potência instalada emhidrelétricas do país. A eletricidade fornecida neste período auxilia, portanto, apreservação dos níveis dos reservatórios das UHEs.2.2.3.4 Geração marémotrizO potencial de geração de energia elétrica a partir do mar inclui oaproveitamento das marés, correntes marítimas, ondas, energia térmica e gradientesde salinidade, segundo o estudo sobre Fontes Alternativas inserido no PlanoNacional de Energia 2030. A eletricidade pode ser obtida a partir da energia cinética(do movimento) produzida pelo movimento das águas ou pela energia derivada dadiferença do nível do mar entre as marés alta e baixa.Figura 31 - Geração marémotrizFonte: Google imagensOs principais locais para aproveitamento das marés são Argentina,Austrália, Canadá, Índia, Coréia do Sul, México, Reino Unido, Estados Unidos eRússia. Entre os países com projetos pilotos para aproveitamento das marés ou dasondas estão Estados Unidos, Canadá, França e Rússia.39No Brasil, estudos realizados pela Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia (Coppe) da Universidade Federal do Rio de Janeiroapontam para um potencial de 40 GW (gigawatts). A Coppe, por sinal, está em fasede implantação de um projeto piloto para geração de energia a partir das ondas nolitoral do Ceará. Realizado em parceria com o governo local e financiado pelaEletrobrás e pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico(CNPq), a proposta é construir uma usina composta por 20 módulos, comcapacidade de geração de 500 kW (quilowatts).2.2.3.5 Geração geotérmicaA energia geotérmica é aquela obtida pelo calor que existe no interior daTerra. Neste caso, os principais recursos são os gêiseres (fontes de vapor no interiorda Terra que apresentam erupções periódicas) e, em localidades onde eles nãoestão presentes, o calor existente no interior das rochas para o aquecimento daágua. A partir desta água aquecida é produzido o vapor utilizado em usinastermelétricas.Figura 32 - Geração geotérmicaFonte: Google imagens40No Brasil não há nenhuma unidade em operação, nem sob a formaexperimental. O porte dos empreendimentos atuais, porém, é significativo. A

potência instalada no campo de gêiseres da Califórnia é de 500 MW.3 TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA3.1 IntroduçãoOs sistemas de transmissão proporcionam à sociedade um benefícioreconhecido por todos: o transporte da energia elétrica entre os centros produtores eos centros consumidores. Estas interligações podem ser designadas em função donível a que pertencem:Linhas de Transmissão (LT): são linhas que operam com as tensõesmais elevadas do sistema, tendo como função principal o transporte deenergia entre os centros de produção e os centros de consumo;Figura 33 - Linha de transmissão EletrosulFonte: Autor41linhas de subtransmissão: normalmente operam em tensões inferioresaquelas dos sistemas de transmissão. Sua função é a distribuição agranel da energia transportada pelas linhas de transmissão. Nascemnos barramentos das subestações regionais e terminam emsubestações abaixadoras locais.Figura 34 - Linhas de transmissão e subtransmissão em SCFonte: EletrosulAs linhas de transmissão e de subtransmissão apresentam propriedadesdiferentes que dependem de fatores como:frequência;nível de tensão;corrente alternada ou contínua;quantidade de potência a ser transmitida;modo de transmissão (aéreo ou subterrâneo);distância entre os terminais transmissor e receptor, etc.Geralmente as linhas de transmissão são de propriedade de subsidiáriasda Eletrobrás que são: Eletrosul (estados do sul), Chesf (estados do nordeste),Eletronorte (estados do norte), Furnas (sudeste). As linhas de subtransmissão são42de propriedade de empresas regionais (estaduais). Como exemplo em SantaCatarina temos a Celesc, no Paraná a Copel, etc.3.2 Linhas aéreas de transmissão de energia elétricaSão quase sempre mais econômicas que os cabos subterrâneos, porqueusam o ar como isolamento. A maior parte da transmissão de energia elétrica porlinhas aéreas é feita em corrente alternada, usando-se corrente contínua somentepara fins especiais.3.2.1 Linhas aéreas em corrente alternadaAs linhas de transmissão aéreas utilizam tensões padronizadas entre 230e 800 kV, e as linhas de subtransmissão utilizam geralmente as tensões de 69 e138 kV.Observe que a tensão nas linhas de transmissão é maior que a tensão

fornecida pelos geradores nas usinas (não maiores que 35 kV). Mas qual o motivode se elevar à tensão gerada antes da etapa de transmissão? Vejamos a respostapor meio dos exemplos que seguem.Exemplo 1: a figura 34 nos mostra um diagrama representando as etapasde geração e transmissão de energia elétrica:Figura 35 - Geração e transmissão de energia elétricaFonte: Autor43Dados do sistema:Potência de geração (Pg) - 50 MW;Tensão de geração (Ug) - 13,8 kV;Fator de Potência (FP) - 0,85;Linha de Transmissão (LT) - três fases, condutores de alumínio,comprimento de100 km, perdas de 2,5%Cálculo da corrente na LT:246113.800 0,85 350.000.0003Ug FPPgI ACálculo de perda de potência na LT:2,5 % de 50 MW = 1,25 MWCálculo da resistência ôhmica dos condutores de alumínio:Cálculo da seção do condutor: observação - resistividade do alumínio:alumínio mm m 2 0,0282 13.592,230,206100.000 0,028 100.0000,206 0,028 S S mmS SLR _ _ _ Exemplo 2: a figura 35 nos apresentou um diagrama representando asetapas de geração e transmissão de energia elétrica. Observe agora que a tensãodo gerador é elevada por meio de um equipamento denominado transformadorelevador (figura 36):0,206246112500002 2 I

PR44Figura 36 - Geração e transmissão de energia elétricaFonte: AutorDados do sistema:Potência de geração (Pg) - 50 MW;Tensão de geração (Ug) - 138 kV;Fator de Potência (FP) - 0,85;LT - três fases, condutores de alumínio, comprimento de 100 km,perdas de 2,5%.Cálculo da corrente na LT:246,1138.000 0,85 350.000.0003Ug FPPgI ACálculo de perda de potência na LT:2,5 % de 50 MW = 1,25 MWCálculo da resistência ôhmica dos condutores de alumínio:Cálculo da seção do condutor - observação: resistividade do alumínio:alumínio mm m 2 0,02820,65246,112500002 2 IPR45135,59 220,56100.000 0,028 100.00020,56 0,028 S S mmS SLR _ _ _ Comparando os resultados dos exemplos 1 e 2 podemos concluir que oobjetivo de se elevar à tensão das usinas geradoras antes das etapas detransmissão é:diminuir a corrente nos condutores;diminuir as perdas de energia nos condutores na forma de calor;utilizar condutores de menor seção, facilitando a montagem e amanutenção das linhas de transmissão.

Figura 37 - Linhas de transmissão em corrente alternadaFonte: Google imagens463.2.2 Linhas aéreas em corrente contínuaA transmissão de energia elétrica em corrente contínua tem comovantagem à utilização de dois condutores: um positivo e outro negativo. Éempregada para fins especiais como:ligar dois sistemas que operam a frequências diferentes – interligaçãoassíncrona;em transmissão subterrânea ou subaquática de longa distância;em transmissão aérea de longa distância.Como nas usinas temos geração de corrente alternada, para transmissãoem corrente contínua precisamos elevar a tensão e em seguida fazer o processodenominado retificação.Próximos aos centros consumidores, uma subestação inversoratransforma a corrente contínua em alternada novamente.Figura 38 - Transmissão de energia elétrica em corrente contínuaFonte: AutorNo Brasil temos duas linhas de transmissão em corrente contínua de600 kV. São utilizadas para transmitir 6300 MW gerados na usina de Itaipu até acidade de Ibiúna no estado de São Paulo.47Figura 39 - Subestação retificadora de Foz do IguaçuFonte: ONSFigura 40 - Subestação inversora de IbiúnaFonte: ONSFigura 41 - Linha de transmissão em corrente contínuaFonte: Autor483.2.3 Componentes básicos de uma linha de transmissão aérea3.2.3.1 Cabos condutoresSão os elementos das LTs responsáveis pela transmissão da energiaelétrica sob a forma de corrente elétrica. Características necessárias:alta condutibilidade elétrica;baixo custo;baixo peso específico;boa resistência mecânica;alta resistência à oxidação e a corrosão por agentes químicospoluentes.Os materiais condutores mais utilizados nas LTs são o cobre e o alumínio.Características do cobre:utilizado desde 6000 a.C. nos tempos pré-históricos;os maiores produtores são EUA, Rússia, Chile...o Brasil produz menosde 10% do que consome;densidade 8,95 g/cm³;ponto de fusão - 1083 °C e ponto de ebulição - 2595 °C;a pureza do cobre eletrolítico é 99.9 %;fácil soldagem;boas características mecânicas – resistência à tração.

Características do alumínio:utilização há 4000 anos;metal mais abundante na crostra terrestre, perdendo em utilização naindústria para o ferro e o aço e na elétrica para o cobre;49os maiores produtores são EUA, Rússia, Japão...o Brasil produz 70 %do que consome (Minas Gerais e Pará);densidade 2,7 g/cm ³;ponto de fusão 660,2 °C e ponto de ebulição 2467 °C;pureza 99,5 %.Curiosidade: para um mesmo valor de corrente, o condutor de alumíniodeve ter uma seção 60% maior que o de cobre, porém pesa a metade deste.Nas linhas de transmissão aéreas são utilizados cabos condutoresobtidos pelo encordoamento de fios, visto que um condutor sólido, devido àsvibrações, produziria fadiga mecânica e consequente ruptura no ponto de conexãocom a cadeia de isoladores.Figura 42 - Cabos encordoadosFonte: Google imagensOs condutores de alumínio utilizados nas LTs podem ser divididos em:CA - condutores de alumínio encordoados;50Tabela 7 - Dados construtivos condutores CAFonte: PrysmianCAA - condutores de alumínio encordoados reforçados por um núcleo,ou alma de aço.Tabela 8 - Dados construtivos condutores CAAFonte: PrysmianNo Brasil a nomenclatura empregada para identificar os condutores dealumínio e alumínio-aço segue padrões canadenses, com os cabos CA sendocodificados por nomes de flores e os cabos CAA por nomes de pássaros, em inglês.513.2.3.2 Cabos para-raiosAs principais características dos cabos para-raios utilizados em linhas detransmissão:ocupam a parte superior das estruturas;são utilizados para interceptar as descargas atmosféricas e asdescargas por meio das estruturas;são geralmente de aço ou liga de alumínio;podem ser utilizados para telecomunicação e tele medição.Figura 43 - Cabos para-raios em LTFonte: Google imagensA utilização de fibra ótica em cabos para-raios (OPGW – Optical GroundWire) quer seja incorporada ao núcleo do cabo ou espiralada externamente, constituinuma modalidade de coutilização do sistema de transmissão e comunicação nosserviços de telefonia e transmissão de dados.52Figura 44 - Cabos para-raios com fibras óticasFonte: Google imagens

A grande vantagem dessa associação reside na alta confiabilidade natransmissão e recepção via fibra ótica e na quantidade potencial de canaisdisponíveis.3.2.3.3 IsoladoresOs cabos condutores são fixados as estruturas pelo emprego deisoladores. Estes equipamentos têm como função isolar eletricamente os condutoresenergizados das estruturas de transmissão e resistir às solicitações mecânicas eelétricas oriundas dos cabos condutores. Devem apresentar, além de apreciáveiscaracterísticas dielétricas, ótimas características mecânicas, tendo em vista anatureza do trabalho a realizar.Quanto ao material de fabricação os isoladores são produzidos de:porcelana vitrificada;vidro temperado;polímeros.533.2.3.3.1Tipos de isoladoresOs vários tipos de isoladores disponíveis no mercado são classificadosem função de sua forma:roldana: usados em redes secundárias, presos lateralmente ao postepor meio de estribos, sendo os condutores amarrados lateralmente aoisolador;Figura 45 - Isolador tipo roldana de porcelanaFonte: Google imagenspino: usados em redes de distribuição primária e linhas de distribuiçãocom tensão de até 69 kV. Fixados as estruturas por um pino de aço,sendo os condutores amarrados na parte superior do isolador;Figura 46 - Isolador de pino em porcelanaFonte: Google imagensdisco: usados nas LTs e nas redes de distribuição primária.Constituem-se cadeias de isoladores de suspensão e ancoragem,fixando-se unidades de isoladores entre si, por meio de ferragens;54Figura 47 - Isoladores de disco de vidro e porcelanaFonte: Google imagenspilar: são menos usados entre nós em LTs do que os isoladores depino, podendo ser construídos de uma única peça, também deporcelana, para tensões mais elevadas. Dado o seu sistema defixação, resistem a esforços mecânicos bem mais elevados tanto decompressão como flexão. Nos EUA construíram-se linhas com essetipo de isolador com tensões até 110 kV.Figura 48 - Isolador tipo pilarFonte: Google imagens3.2.3.4 Estruturas das linhas de transmissãoConstituem os elementos responsáveis pela sustentação dos cabos dasLTs. As dimensões e formas de estruturas de LTs dependem:disposição dos condutores: triangular, horizontal, vertical;distância entre condutores;dimensões e forma de isolamento;número de circuitos;

55materiais estruturais: estruturas metálicas de aço revestido comzinco(aço galvanizado), concreto armado, madeira, fibras de vidro.Quanto à disposição dos condutores, as estruturas das LTs podem serdispostas das seguintes formas:triangular: os condutores estão dispostos segundo os vértices de umtriângulo, que pode ser equilátero (simétrica) ou outro qualquer(assimétrica). São estruturas altas e estreitas, usadas em circuitossimples até 69 kV;Figura 49 - Estruturas triangularesFonte: Google imagensFigura 50 - LTs com estruturas triangularesFonte: Google imagenshorizontal: os condutores são fixados em um mesmo plano horizontal.As estruturas podem ser simétricas e assimétricas. Geralmente sãobaixas e largas, usadas em circuitos simples com tensões elevadas deaté 750 kV;56Figura 51- Estruturas horizontaisFonte: Google imagensFigura 52: LTs com estrutura horizontalFonte: Google imagensvertical: os condutores se encontram montados em um plano vertical.As estruturas são altas e estreitas, usadas em circuitos duplos comtensões de até 230 kV, principalmente em linhas que acompanhamvias públicas.Figura 53 - Estruturas verticaisFonte: Google imagens57Figura 54 - Estruturas horizontaisFonte: Google imagensAs estruturas além de sua função geral de suporte dos condutorespossuem também funções subsidiárias, cuja influência é marcante em seudimensionamento. Essas funções estão relacionadas com o tipo de cargas quedevem suportar:a) estruturas de suspensão;b) estruturas de ancoragem:ancoragem total: também chamadas de estruturas de fim de linha,são dimensionadas para resistir a todas as cargas normais eexcepcionais unilateralmente. São, portanto, as estruturas maisreforçadas das linhas;ancoragem parcial: também chamadas de ancoragem intermediária,servindo normalmente como pontos de tensionamento.c) estruturas para ângulos: são dimensionadas para resistir aos esforçosnormais, inclusive das forças horizontais devidas a presença dosângulos. Resistem geralmente às cargas excepcionais;d) estruturas de derivação: quando se deve fazer uma derivação, semhaver necessidade de interrupção ou seccionamento nesse ponto, alinha é simplesmente derivada de estruturas apropriadas para este fim;e) estruturas de transposição ou rotação de fase.Quanto à forma de resistir, as estruturas podem ser:58autoportantes: transmitem todos os esforços da LT diretamente para as

suas fundações. Podem ser rígidas e flexíveis;estaiadas: usadas em tensões a partir de 500 kV, são normalmenteflexíveis, sendo enrijecidas por meio de tirantes de aço ou “estais”. Suamontagem depende das condições do terreno e do tempo.Figura 55 - Estrutura com estaisFonte: Autor3.3 Linhas subterrâneas e marítimas para transmissão de energia elétricaSão utilizados quando as linhas aéreas não constituem alternativa viável,como no caso de áreas de grande densidade populacional ou sob forma de linhassubaquáticas de longa distância. Apresentam um custo maior comparados aoscondutores aéreos, pois necessitam de isolação.59Figura 56 - Cabo submarinoFonte: Google imagensEm Santa Catarina foram utilizados recentemente cabos submarinos nalinha de transmissão de 230 kV da Eletrosul que interliga a subestação de Biguaçu(continente) a subestação de Desterro (ilha de Florianópolis).Figura 57 - Linha de transmissão de 230 kV com trecho submarino em SCFonte: Google imagensEssa linha de transmissão possui um trecho aéreo no continente(38,5km), um trecho submarino entre o continente e a ilha (4,65km) e o trecho naIlha (13,5km). O cabo utilizado possui isolamento de polietileno reticulado (XLPE) epor medida de segurança foi enterrado a 1 metro de profundidade.60Figura 58 - Estrutura interna de um cabo submarinoFonte: Google imagens3.4 Características elétricas de linhas e cabosDurante a etapa de projeto das linhas de transmissão algumaspropriedades dos condutores são analisadas, pois terão influência direta nascondições futuras de funcionamento da linha de transmissão. As propriedadesbásicas são:resistência (R - _/km): consome energia. A perda de potência é porefeito Joule;indutância (L - mH/km): armazena energia no campo magnético;capacitância (C - nF/km): armazena energia no campo elétrico.Em qualquer linha ou cabo estas propriedades básicas sãouniformemente distribuídas ao longo do condutor.R e L os efeitos da resistência e da indutância são distribuídos deuma extremidade a outra do condutor e diz-se que estão ligadas em série.C o efeito da capacitância atua como o de um grande número decapacitores ligados em paralelo entre o condutor e a terra.61Figura 59 - Representação elétrica de uma LTFonte: Autor4 DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA4.1 IntroduçãoA distribuição de energia elétrica, etapa desenvolvida geralmente nos

centros consumidores, constitui-se como o elo entre os sistemas de transmissão eas instalações elétricas.Os sistemas de distribuição têm fundamental importância dentro docontexto de um sistema de energia elétrica, tanto pelo volume quanto pela elevadaresponsabilidade de serviços prestados ao consumidor.Figura 60 - Distribuição de energia elétrica nos centros de consumoFonte: Google imagens62Os sistemas de distribuição de energia elétrica compreendem:as subestações de distribuição - interface entre a transmissão e adistribuição;rede primária - formada por alimentadores e ramais;transformadores de distribuição;rede secundária - a rede de BT;equipamentos de manobra e proteção.Figura 61 - Etapa de distribuição de energia elétricaFonte: AutorO sistema de distribuição de energia elétrica no Brasil é operado por 67empresas dentre as quais 9 estão na região norte, 11 na região nordeste, 5 naregião centro-oeste, 22 na região sudeste e 17 na região sul do país.63Figura 62 - Concessionárias brasileiras de energia elétricaFonte: Apostila de GTD – Geração, Transmissão e Distribuição de Energia ElétricaAs normas brasileiras que estabelecem a padronização dos sistemas dedistribuição são as normas da ABNT, as das concessionárias regionais dedistribuição de energia elétrica e as resoluções da ANEEL. Alguns exempos:ABNT NBR 15688:2009 - Redes de Distribuição Aérea de EnergiaElétrica com Condutores Nus;Resolução ANEEL n° 456:2000 - Condições Gerais de Fornecimentode Energia Elétrica;Norma Técnica CELESC NT-01-AT - Fornecimento de Energia Elétricaem Tensão Primária de Distribuição;Norma Técnica FECOERUSC FECO-D-03 - Entrada Consumidora deAlta Tensão.644.2 Principais conceitos associados aos sistemas de distribuiçãoPara um melhor entendimento dos conceitos apresentados neste capítulo,faz-se necessário o conhecimento da terminologia básica utilizada em sistemas dedistribuição.Sistema de distribuição: é à parte de um sistema de potência destinadoao transporte e a distribuição de energia elétrica, a partir do barramentosecundário de uma subestação até os pontos de consumo;Distribuição de energia elétrica: transporte de energia elétrica a partirdos pontos onde se considera terminada a transmissão (ousubtransmissão) até a medição de energia, inclusive;Rede aérea: rede elétrica em que os condutores, geralmente nus, ficamelevados em relação ao solo e afastados de outras superfícies que não

os respectivos suportes;Rede aérea de distribuição urbana: rede elétrica destinada aofornecimento de energia em tensão de distribuição e cujo traçado sedesenvolve na área configurada urbana;Rede primária: rede elétrica destinada a levar energia de umasubestação de distribuição a transformadores de distribuição ou apontos de consumo sob uma mesma tensão primária nominal;Alimentador de distribuição: é à parte em tensão primária, do sistemaelétrico de distribuição, que alimenta diretamente ou por intermédio deseus ramais, os transformadores da concessionária e consumidores;Tronco do alimentador: parte de um alimentador de distribuição quetransporta a parcela principal da carga;Ramal de alimentador: parte de um alimentador de distribuição quederiva do tronco do alimentador e que alimenta diretamente ostransformadores de distribuição e/ou pontos de entrega deconsumidores em AT;Rede secundária: rede elétrica destinada a levar energia detransformadores de distribuição aos pontos de consumo;65Ramal de ligação: conjunto de condutores e acessórios que liga umarede de distribuição a um consumidor ou grupo de consumidores;Sistema de distribuição radial: é o sistema no qual cada alimentador(tronco, ramal) parte da subestação (SE) independente dos demaispara suprir um setor de carga. Neste caso, cada alimentador nãopossui conexão com outros alimentadores que saem da mesmasubestação ou de outras. Os sistemas radiais deverão ser utilizadosem áreas de baixa densidade de carga, nos quais os circuitos tomamdireções distintas, tornando antieconômico o estabelecimento depontos de interligação;Figura 63 - Sistema radialFonte: AutorSistema de distribuição em anel: é o sistema no qual existe conexãoentre os alimentadores de uma ou de outras subestações. Sãoutilizados em áreas que demandem maiores densidades de carga ourequeiram maior grau de confiabilidade devido as suas particularidades(hospitais, centros de computação, etc.);66Figura 64 - Sistema em anelFonte: AutorSubestação: conjunto de instalações elétricas em MT ou AT queagrupa os equipamentos, condutores e acessórios destinados àproteção, medição, manobra e transformação de grandezas elétricas.As subestações (SE) são pontos de convergência, entrada e saída, delinhas de transmissão ou distribuição. Com frequência constituem uma interfaceentre dois subsistemas. Podemos classificar as subestações:a) quanto à função:se de manobra: permite manobrar partes do sistema, inserindo ouretirando-os de serviço, em um mesmo nível de tensão;se de transformação:_ se elevadora: localizadas na saída das usinas geradoras. Elevam

a tensão para níveis de transmissão e subtransmissão (transporteeconômico da energia);_ se abaixadora: localizadas na periferia das cidades. Diminuem osníveis de tensão evitando inconvenientes para a população como:rádio interferência, campos magnéticos intensos, etc.;67_ se de distribuição: diminuem a tensão para o nível de distribuiçãoprimária. Podem pertencer à concessionária ou a grandesconsumidores;_ se de regulação de tensão: através do emprego de equipamentosde compensação tais como reatores, capacitores, compensadoresestáticos, etc.;_ se conversoras: associadas a sistemas de transmissão em CC (seretificadora e se inversora).b) quanto ao nível de tensão:se de alta tensão - tensão nominal abaixo de 230 kV;se de extra alta tensão - tensão nominal acima de 230 kV.c) quanto ao tipo de instalação:subestações desabrigadas: construídas a céu aberto em locaisamplos ao ar livre;Figura 65 - Subestação de distribuição desabrigada 69/13,8 kVFonte: Google imagenssubestações abrigadas: construídas em locais interiores abrigados;68Figura 66 - Subestação de consumidor abrigada 13,8 kV/220-380 VFonte: Google imagenssubestações blindadas: construídas em locais abrigados. Osequipamentos são completamente protegidos e isolados em óleo ouem gás isolante (SF6 - hexafluoreto de enxofre).Figura 67 - Subestação blindada a gásFonte: Google imagensd) quanto à forma de operação:69subestações com operador;subestações automatizadas: são supervisionadas à distância porintermédio de computadores e SCADA (Supervisory Control and DataAcquisiton).São vários os equipamentos existentes em uma SE, tais como:barramentos;linhas e alimentadores;equipamentos de disjunção: disjuntores, religadores, chaves;equipamentos de transformação: transformadores de potência,transformadores de instrumentos – transformador de potencial e decorrente e transformador de serviço;equipamentos de proteção: relés (primário, retaguarda e auxiliar),fusíveis, para-raios e malha de terra;equipamentos de compensação: reatores, capacitores, compensadoressíncronos, compensadores estáticos.Figura 68 - Diagrama simplificado de uma subestação típica de distribuiçãoFonte: Apostila de GTD – Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica704.3 Tensões padronizadas para sistemas de distribuição

As tensões padronizadas para os sistemas de distribuição obedecem auma legislação federal que estabelece as seguintes classes de tensão:distribuição primária: 34,5 kV - 24,2 kV – 15 kV;Na classe de 15 kV, por exemplo, podemos encontrar tensões de 2,2 - 3,3- 6,6 - 11,4 - 13,2 e 13,8 kV (muito utilizada em Santa Catarina). As configuraçõesutilizadas nas redes primárias geralmente são: monofásico (sistema com retorno porterra), bifásico, trifásico.distribuição secundária:Tabela 9 - Tensões padronizadas de baixa tensãoSistema Tensão nominalTrifásico220/127 V380/220 VMonofásico254/127 V440/220 VFonte: AutorAs configurações utilizadas nas redes secundárias geralmente são:monofásico (2 fios F - N), bifásicos (3 fios F1 – N – F2) e trifásicos (4 fios F1 – F2 –F3 – N).Em qualquer situação, os níveis de tensão ao longo das redes dedistribuição devem estar de acordo com os valores estabelecidos pelo Decreto n°97.280 de 16 de dezembro de 1988.714.4 Equipamentos e dispositivos utilizados em redes de distribuição4.4.1 TransformadorÉ uma máquina estática que tem como função transferir energia elétricade um circuito de entrada (primário) para um circuito de saída (secundário) por meiode um processo denominado indução eletromagnética.Figura 69: Exemplos de transformadoresFonte: Google imagensTem grande aplicação dos aparelhos eletrônicos às redes de distribuiçãode energia elétrica.Funcionamento: quando uma corrente elétrica alternada circula pelabobina primária cria-se um campo eletromagnético alternado. Por intermédio donúcleo ferromagnético este campo atinge as espiras da bobina secundária. Por meiodo processo de indução eletromagnética uma tensão surge nos terminais da bobinasecundária.72Figura 70 - Representação de um transformador monofásicoFonte: Google imagensA relação entre a tensão de entrada e tensão de saída do transformador

está relacionada ao número de espiras da bobina primária e da bobina secundária edenominamos relação de transformação.Considerando um transformador ideal (sem perdas) temos:NsNpUsUpIpIsUsUpIpIsNsNpN - número de espirasObserve que:quando temos uma tensão de saída menor que a entrada, temos umtransformador abaixador;quando temos uma tensão de saída maior que a entrada temos umtransformador elevador;quando temos uma tensão de saída igual à entrada temos umtransformador isolador.734.4.1.1 Transformadores de distribuiçãoTem a função de adequar (abaixar) o nível de tensão a ser entregue parao consumidor final. Geralmente são instalados em postes.Figura 71 - Transformador de distribuição instalado em posteFonte: Google imagensOs transformadores são constituídos, basicamente, de uma parte ativa ede acessórios complementares.Parte ativa:compreende as bobinas (enrolamentos do primário e do secundário) eo núcleo ferromagnético. Para que haja um funcionamento eficaz, énecessário que seus componentes sejam prensados e devidamentecalçados, a fim de suportarem as mais diferentes condições ambientaisa que são submetidos;os enrolamentos são constituídos de fios de cobre, de seção retangularou circular, isolados com esmalte ou papel. Os enrolamentos de BT eAT normalmente são concêntricos, nos quais a BT ocupa a parteinterna e a AT a parte externa, sendo estes fracionados em bobinas demenor número de espiras, chamadas “panquecas”, por motivo de74isolação, facilidade de manutenção e retirada das derivações paraconexão ao comutador;Figura 72 - Bobinas internas de transformador de distribuiçãoFonte: Google imagens

o núcleo é constituído de lâminas de material ferromagnético, contendoem sua composição o silício, que possui excelentes características demagnetização (temporário), baixas perdas por histerese e por mudançade temperatura. O empilhamento das lâminas, isoladas entre si e donúcleo, é feito para minimizar a ação das correntes parasitasprovenientes da variação de fluxo ocorridos sobre o material, que écondutor.Figura 73 - Núcleo do transformador de distribuiçãoFonte: Google imagensAcessórios complementares:75a) tanque: serve de invólucro da parte ativa e do líquido isolante. Neleencontramos os suportes para fixação em postes, os ganchos e osolhais de suspensão, a tampa de inspeção, o conector de aterramento,os fios de passagem das buchas, a placa de identificação, osradiadores, os dispositivos de drenagem, a amostragem do líquidoisolante, o visor de nível do óleo, etc.;b) buchas: são dispositivos que permitem a passagem dos condutoresconstituintes dos enrolamentos para o meio externo (redes elétricas).São constituídos de corpo isolante (porcelana), condutor passante(cobre ou latão), terminal (bronze ou latão) e vedações (borracha epapelão);c) radiadores: o calor gerado na parte ativa se propaga pelo óleo, sendodissipado na tampa e nas laterais do tanque. Em casos especiais(potência elevada e ventilação insuficiente) os transformadores sãomunidos de radiadores (que aumentam a área de dissipação) oupodem ser adaptados com ventilação forçada;d) comutador: é um dispositivo mecânico que permite variar o número deespiras dos enrolamentos de alta tensão. Sua finalidade é corrigir odesnível de tensão existente nas redes de distribuição devido à quedade tensão ocorrida ao longo das mesmas.76Figura 74 - Partes construtivas de um transformador de distribuiçãoFonte: Google imagensQuanto ao número de fases da alimentação os transformadores podemser classificados em monofásicos (monobuchas), bifásicos e trifásicos:monofásicos: são aqueles construídos para serem instalados emsistemas de distribuição rural, caracterizados por monofilar com retorno77por terra. Operam com o terminal primário ligado a fase e o outro ligadoa terra. São de baixo custo a apresentam potências baixas;Figura 75 - Transformadores monobuchaFonte: Google imagensbifásicos: também são empregados em sistemas rurais, necessitandode duas fases de alimentação;Figura 76 - Transformadores bifásicosFonte: Google imagenstrifásicos: são os mais empregados, tanto nos sistemas de transmissãoe distribuição de energia elétrica como nas indústrias. Necessitam detrês fases de alimentação.78Figura 70 - Transformadores trifásicos

Fonte: Google imagensJunto aos terminais (buchas) encontramos uma identificação, pintada oumarcada em baixo relevo na chapa do tanque, constituída de uma letra e umalgarismo. As letras poderão ser duas, H ou X. Os terminais marcados em H são osde AT e os marcados com X são de BT. Os algarismos poderão ser 0, 1, 2 e 3correspondendo, respectivamente, ao terminal de neutro e ao das fases 1, 2 e 3.Portanto, as combinações possíveis são H0, H1, H2, H3 e X0, X1, X2 X3.A disposição dos terminais no tanque é normalizada, de tal forma, que seolharmos o transformador pelo lado de BT, encontraremos mais a esquerda umterminal X acompanhado de menor algarismo daqueles que identificam esteenrolamento (por exemplo: X0 ou X1). Consequentemente, ao olharmos otransformador pelo lado da AT, encontraremos o terminal H1 mais a direita.Para adequar a tensão primária do transformador à tensão dealimentação, o enrolamento primário normalmente é dotado de derivações (taps),que podem ser escolhidas mediante a utilização de um painel de ligações oucomutador, conforme projeto e tipo construtivo, instalados junto à parte ativa, dentrodo tanque. Este aparato, na maioria dos transformadores de baixa potência, deveser manobrado com o transformador desconectado da rede de alimentação.79Figura 71 - Representação dos taps de um transformador trifásicoFonte: Manual de transformadores WEGTabela 10 - Derivações e relação de tensão para transformadoresFonte: Manual de transformadores WEG4.4.1.2 Operação em paralelo de transformadoresA operação em paralelo de transformadores se faz necessária em duassituações principais:80a) quando é necessário aumentar a carga de determinada instalação semmodificação profunda no lay-out da mesma;b) quando, ao prevermos pane em um dos transformadores, quisermoscontinuar operando o sistema, mesmo à carga reduzida.Dois transformadores operam em paralelo, quando estão ligados aomesmo sistema de rede, tanto no primário quanto no secundário (paralelismo derede e barramento, respectivamente).Figura 72 - Transformadores em paraleloFonte: Google imagensMas não é possível ligarmos dois transformadores em paralelo, paraoperação satisfatória, se não forem observadas as condições seguintes:diagramas vetoriais com mesmo deslocamento angular;relações de transformação idênticas inclusive derivações;impedância.Exemplo: uma instalação industrial com carga de 70 kVA está sendoalimentada por um transformador de 75 kVA. Com a aquisição de novas máquinas, a

potência da carga passou para 110 kVA. Foi então comprado outro transformador de81100 kVA e instalado em paralelo com o transformador já existente (conforme figura73).Deseja-se saber a potência fornecida por cada transformador à carga:Figura 73 - Representação gráfica de transformadores em paraleloFonte: AutorCálculo da impedância equivalente:4,01%21,42 22,221754,51003,57575 10022111 2ZtPtZtPtPt PtZeqCálculo da potência fornecida pelo transformador 1 à carga:kVAPt Pt ZtPc Pt ZeqPft 54,01612,533082,575 100 3,5110 75 4,011 2 111

Cálculo da potência fornecida pelo transformador 2 à carga:kVAPt Pt ZtPc Pt ZeqPft 56,01787,54411075 100 4,5110 100 4,011 2 222 82Após a instalação do transformador 2, o transformador 1 que operavapróximo ao limite fornece agora uma potência de 54,01 kVA. A carga ainda poderáser acrescida de 65 kVA.4.4.1.3 Potência dos transformadoresComercialmente, as potências podem variar de acordo com o fabricante.São expressas pela potência aparente dada em kVA:transformadores monofásicos - 5/10/15/25/37,5/50/75/100 kVA;transformadores trifásicos para postes - 15/30/45/75/112,5/150 kVA;transformadores trifásicos para postes ou plataformas - 225/300 kVA;transformadores para subestação - 225 a 30000 kVA.Observação: a quantidade de carga em kW que pode ser alimentada porum transformador depende do fator de potência da instalação.4.4.2 Chaves fusíveisA chave fusível é um equipamento cuja função é proteger os circuitosprimários contra sobrecorrentes originadas por sobrecargas, curto-circuitos, dentreoutros. É utilizada nas redes aéreas de distribuição urbana e rural, bem como empequenas subestações sejam elas do consumidor ou de concessionária de energiaelétrica. Como o próprio nome indica, um elemento fusível integra o equipamento e éo principal responsável pelas características básicas do seu princípio defuncionamento.83Figura 74 - Chaves fusíveis de porcelana e poliméricaFonte: Google imagens

As chaves fusíveis são constituídas das seguintes partes:Figura 75 - Chave fusível completaFonte: Autorisolador de corpo único: normalmente são feitos de porcelana vitrificadaou poliméricos. Estes tipos de isoladores geralmente são empregadosnas chaves fusíveis que irão integrar a proteção dos sistemas dedistribuição, cujas intensidades de correntes nominais não sejamsuperiores a 200 A. Tendo em vista as solicitações eletromecânicasque são impostas ao equipamento durante as operações de abertura efechamento, o seu isolador dever possuir uma resistência mecânicacapaz de suportar o impacto mecânico decorrente destas operações,sejam em condições normais ou de defeito no sistema elétrico aproteger;84gancho para abertura em carga: considerando que as chaves fusíveisnão possuem mecanismos de extinção do arco elétrico para operaçãopor intervenção humana, estas não devem ser operadas em carga. Poroutro lado, utilizando-se a ferramenta loadbuster pode-se operar achave fusível com o circuito em plena carga, desde que sejamrespeitados os limites da ferramenta mencionada. A operação dechaves fusíveis sem o uso da ferramenta loadbuster só é tolerávelquando a mesma está apenas submetida à tensão, o que é feitonormalmente pelas concessionárias. O loadbuster é uma ferramentaconcebida para ser acoplada aos terminais de chaves, cuja concepçãode operação não é para abertura em carga. Ao acoplar o loadbuster achave fusível, a corrente elétrica divide-se entre a ferramenta e aprópria chave. Ao realizar o primeiro movimento da alavanca daferramenta loadbuster com a vara de manobra, abre-se a chave fusível,sem, no entanto, desconectar os contatos internos do loadbuster,permitindo que toda a corrente da fase correspondente circule apenaspor ele. Num segundo movimento da vara de manobra, os contatosinternos do loadbuster são abertos no interior da câmara de extinçãodo arco elétrico, normalmente cheia de Hexafluoreto de Carbono (CF6)ou outro meio extintor, completando assim a operação da chave fusívelcom o circuito em carga;Figura 76 - Operação da chave fusível com loadbusterFonte: Google imagens85articulação: as chaves fusíveis são dotadas de um sistema dearticulações que exerce uma função fundamental na operação dachave fusível. Ao se engatar o cartucho ou porta-fusível na articulação,o elo fusível que está fixado à extremidade superior do cartuchopermite que o sistema de mola existente na articulação pressione omesmo para cima. Quando se fecha a chave, a parte superior docartucho penetra na extremidade superior da chave fusível comdeterminada pressão, provocando o seu engate. Ao ser submetido àpresença de uma sobrecorrente, o elo fusível aquece e rompeprotegendo o sistema elétrico. Uma vez rompido o elo, o sistema demola da articulação relaxa a pressão exercida para cima, fazendo comque seja perdida a pressão de conexão entre a parte superior docartucho e chave fusível. A perda da pressão superior associada à

pressão exercida pelos gases liberados no interior do cartucho duranteo rompimento do elo provocam a sua abertura e o seu deslocamentodescendente;cartucho ou porta-fusível: consiste de um tubo de fibra de vidro oufenolite revestido internamente. O revestimento interno além deproporcionar maior resistência ao tubo é a principal substânciageradora dos gases destinados à extinção do arco elétrico durante oprocesso de interrupção da corrente. Quando a chave fusível opera emserviço, as altas temperaturas do arco elétrico provocam um pequenodesgaste no revestimento interno do tubo, porém suas característicaseletromecânicas permanecem inalteradas durante muitas operações.Figura 77 - Cartucho porta fusívelFonte: Google imagens86As chaves fusíveis unipolares são normalmente operadas através de varade manobra, constituídas de fibra de vidro e resina epóxi.Figura 78 - Vara de manobra para operação da chave fusívelFonte: Google imagens_ elos fusíveis: o fusível é um dispositivo de proteção que tem a funçãode interromper a corrente de um circuito quando a mesma excededeterminados valores. O intervalo de tempo para sua abertura éinversamente proporcional à intensidade da referida corrente.Figura 79 - Tipos de elos fusíveisFonte: Google imagensOs elos fusíveis até 100 A devem ter o elemento fusível protegido por umtubo de material isolante, geralmente fenolite, para evitar que o arco destrua ocartucho da chave fusível.87Existem dois tipos diferentes de elos fusíveis, cada um com sua aplicaçãoespecífica:_ elo fusível de botão: recebem esta denominação por possuírem emsua extremidade superior um cabeçote metálico que deve ser presona parte superior do cartucho da chave fusível, e no outro um caboflexível que dá ao conjunto um comprimento aproximado de 50 cm;_ elo fusível de argola ou olhal: recebem esta denominação porpossuírem uma argola em cada uma de suas extremidades. Sãonormalmente utilizados em redes rurais na proteção de pequenostransformadores, principalmente nos do sistema MRT (monofilar comretorno pela terra).Os elos fusíveis se caracterizam pela relação corrente x tempo deatuação que permitem sua classificação em três tipos, a saber: tipo H, tipo K e tipoT:elo fusível tipo H: são considerados elos fusíveis de alto surto, isto é,possuem a característica de ter uma ação lenta para altas correntes.São empregados na proteção dos circuitos primários em intensidadesde correntes nominais de até 5 ampères;elo fusível tipo K: é largamente utilizado na proteção de redes aéreasde distribuição urbana e rurais. Estes elos são considerados fusíveis deatuação rápida;elo fusível tipo T: são fusíveis de atuação lenta e empregados

principalmente na proteção de circuitos primários de redes aéreas dedistribuição. Estes elos fusíveis são pouco empregados no Brasil.88Figura 80 - Relação entre elos fusíveisFonte: Autor4.4.2.1 Dimensionamento de elos fusíveisPara se proceder a coordenação entre elos fusíveis é necessário que seapliquem algumas regras básicas:o elo fusível protegido deve coordenar com o elo fusível protetor, parao maior valor da corrente de curto circuito ocorrida no ponto deinstalação do elo fusível protetor;os elos fusíveis tipo H não devem ser utilizados nos ramais primáriosdos alimentadores. São próprios para proteção dos transformadores dedistribuição;reduzir ao mínimo o número de elos fusíveis nos alimentadores;a corrente nominal do elo fusível deve obedecer às equações:Ine 1,5Ial4IftIne Ine - corrente nominal do elo;Ial - corrente do alimentador;Ift - corrente de curto circuito fase terra.89Tabela 11 - Elos fusíveis para transformadores monofásicosFonte: AutorTabela 12 - Elos fusíveis para transformadores trifásicosFonte: AutorTabela 13 - Coordenação entre elos tipo KFonte: Autor90Tabela 14 - Coordenação entre elos tipo H e KFonte: AutorExemplo: dimensionar os elos fusíveis dos transformadores (protetores) edo alimentador (protegido) representados na figura 81.Figura 81 - Circuito unifilar de um alimentadorFonte: AutorEscolha dos elos fusíveis dos transformadores: consultando a tabela 12(inserida novamente abaixo) encontramos os valores nominais:Escolha do elo fusível do alimentador:91Ine 1,5Ial Ine 1,514,7 Ine 22,05A4IftIne 4122Ine Ine 30,5ALogo, a corrente do elo fusível a ser escolhido deve ser maior que 22,05 Ae menor que 30,5 A.Valor comercial do elo fusível do alimentador: considerar que o mesmo

deve coordenar com o maior elo fusível dos transformadores, no caso o elo de 10 K(elo protetor). Como a corrente de curto circuito trifásico é 650 A, consultando atabela 11 (inserida novamente abaixo), vemos que o elo escolhido deverá ser 25 K(valor compatível com as equações).4.4.3 Para-raiosAs linhas de transmissão e redes aéreas de distribuição urbanas e ruraissão extremamente vulneráveis as descargas atmosféricas que, em determinadascondições, podem provocar sobretensões elevadas no sistema, ocasionando aqueima de equipamentos, tanto os da companhia concessionária como os doconsumidor.Para que se protejam os sistemas elétricos dos surtos de tensão, sãoinstalados equipamentos apropriados que reduzem o nível de sobretensão a valorescompatíveis com a suportabilidade destes sistemas. Estes equipamentosdenominam-se para-raios.92Figura 82 - Para-raios de distribuição AT e BTFonte: Google imagensFuncionamento: cada para-raio utilizado nas redes de distribuição temseu terminal superior conectado a uma fase, sendo o terminal inferior conectado aosistema de aterramento. Internamente a um tubo de porcelana ou materialpolimérico possui elementos de proteção fabricados de óxido de zinco, que emcondições normais, mantém a isolação entre o terminal superior e inferior(comportamento de chave aberta). Ao receber um valor de tensão superior aoprojetado (descarga atmosférica por exemplo), o para-raios forma um caminho debaixa impedância a terra, descarregando a sobretensão existente, protegendo osequipamentos do circuito.Figura 83 - Componentes dos para-raiosFonte: AutorO desligador automático do para-raios funciona pela detonação de umacápsula, provocada pela circulação de correntes de curto-circuito por meio do93mesmo (às quais corresponde à falha do para-raios) quebrando o seu invólucro edesligando a conexão de aterramento do para-raios, de maneira que o para-raiosdanificado seja desligado do sistema e este possa continuar operando. O desligadoré também um dispositivo de sinalização da falha, indicando a necessidade desubstituição do para-raios.Figura 84 - Para-raios instalado em posteFonte: Google imagensPara a escolha de um para-raios devemos especificar:tensão nominal;corrente de descarga nominal;

alta ou baixa tensão;corpo de porcelana ou polimérico;outros.4.4.4 Chaves seccionadorasAs chaves elétricas são dispositivos de manobra, destinados aestabelecer ou interromper a corrente em um circuito elétrico. São dotadas decontatos móveis e contatos fixos e podem ou não ser comandadas com carga.94As chaves para operação sem carga são denominadas de chaves a secoe embora não interrompam correntes de carga, as chaves a seco podem interrompercorrentes de excitação de transformadores (a vazio) e pequenas correntescapacitivas de linhas sem carga. As chaves seccionadoras são normalmentefornecidas para comando por bastão de manobra.Figura 85 - Chaves seccionadorasFonte: Google imagensAs chaves seccionadoras podem ser de construção monopolar ou tripolar.Os seccionadores monopolares são normalmente utilizados em redes dedistribuição. Já os seccionadores tripolares são utilizados com menor frequência emredes de distribuição e são de uso intenso em subestações, sejam elas deconcessionárias ou industriais.95REFERÊNCIASANEEL. Disponível em: www.aneel.gov.br . Acesso em: 20 out. 2010.BARROS, Benjamin Ferreira et al. Cabine primária: subestações de alta tensãode consumidor. São Paulo: Érica, 2009.CAMARGO, C. Celso de Brasil de Camargo. Transmissão de energia elétrica:aspectos fundamentais. 3ª edição, Florianópolis: UFSC, 2006.ELETROSUL. Disponível em: www.eletrosul.gov.br . Acesso em: 15 dez. 2010.FILHO, João Mamede. Manual de equipamentos elétricos. 3ª edição, Rio deJaneiro: LTC, 2005.GOOGLE.Ilustrações de componentes eletrônicos. Disponível em:images.google.com.br. Acesso em: 21 dezembro 2010.LEÃO, Ruth. Disponível em www.dee.ufc.br/~rleao. Acesso em: 05 jan. 2011.MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Balanço energético nacional 2009. Brasília,2010.ONS. Disponível em: www.ons.com.br/conheca_sistema/mapas_sin.aspx#. Acessoem: 25 nov. 2010.PRYSMIAN. Disponível em: www.prysmian.com.br. Acesso em: 10 dez. 2010.REIS, Lineu Bélico dos. Geração de energia elétrica. 3ª edição, Barueri: Manole,2003.WEG ENERGIA. Manual de transformadores WEG. Jaraguá do Sul, 2009.