Embed Size (px)
Citation preview
Fontes de alimentação c.c.-c.a
Resistência das linhas de transmissão
Fontes de alimentação c.c.-c.a
A RESISTÊNCIA DOS CONDUTORES É UMA DAS CAUSAS DAS
PERDAS DE ENERGIA EM UMA LINHA DE TRANSMISSÃO
Perdas
As perdas são devidas a resistência do material.
A resistência dos cabos encordoados é maior do que o valor obtido
pela equação anterior porque os fios trançados helicoidalmente,
possuem um comprimento maior do que o cabo → Estima-se em
1% o aumento da resistência, devido ao encordoamento.
i
R
Para um condutor ela é definida como:
R = Potência perdida no condutor / I2 ( W / A = )
A resistência em corrente contínua é dada pela expressão:
- resistividade do condutor
RO = l / S ( ) l - comprimento do condutor
S - área da seção do condutor (mm2 ou CM)
Fontes de alimentação c.c.-c.a
l
S Condutividade do cobre: = 5.7·107 -1·m-1
Resistividade: = 1 /
Resistencia: fioA
l·
1R
[]
Perdas no Material
Dados do enrolamento:
Número de espiras: N
Comprimento médio da espira: lm
Área da janela: AW
Fator de utilização: Fu
O comprimento total será N·lm
Supondo que se preenche a janela,
a área ocupada pelo cobre será:
N
F·AA uW
fio
A resistencia do enrolamento será:
uW
m
2
F·A
l·N·
1R
Fontes de alimentação c.c.-c.a
Perdas no Cobre
Conhecendo o valor eficaz da corrente no indutor pode-se calcular
as perdas no cobre.
Aumentar o número de espiras, aumenta o comprimento e diminui
a seção do cobre acarretando um aumento das perdas.
22
··
··
1rms
uw
mCu I
FA
lNP
50 100 150 200 0
20
40
60 PCu (W)
N
Os valores da Densidade de
Corrente j, em projeto de indutores
ou transformadores situam-se entre
1 A/mm2 e 5 A/mm2 fio
rms
A
Ij
Fontes de alimentação c.c.-c.a
A densidade de corrente em um condutor
percorrido por corrente alternada não é mais
uniforme, diferentemente do caso de condução
em corrente contínua, obedecendo a uma
distribuição que depende da permeabilidade e
resistividade do material.
Em baixa frequência, a corrente no condutor
circula por toda a seção uniformemente.
Em frequências elevadas isto não ocorre devido
ao efeito Pelicular (Skin effect)
A corrente alternada gera um campo magnético.
Este campo ao atravessar uma área do
condutor induz correntes que tendem a anular o
campo.
Efeito Pelicular
Fontes de alimentação c.c.-c.a
Efeito Pelicular
Fontes de alimentação c.c.-c.a
Pode-se considerar que toda a corrente circula por uma parte da periferia
do condutor, denominada de profundidade de penetração do efeito
pelicular (d)
d
··
2
0
= 5,7 · 107 -1·m-1 a T=25oC
= 4,34 · 107 -1·m-1 a T=100oC
o = 4 · 10-7
= 2f
[m]
f = 20 kHz d = 0.47 mm
Efeito Pelicular
r
Densidade
de corrente
Circula mais
corrente na
parte externa
Fontes de alimentação c.c.-c.a
Considerando que a resistencia do condutor em baixa frequência é igual
a Rcc e que a resistencia do mesmo em alta frequencia é igual a Rca, a
relação entre as duas é dada pela expressão abaixo:
Efeito Pelicular
22
2
cc
ca
)12
d()
2
d(
)2
d(
R
R
dd
d Onde:
d é o diametro do condutor e
d é a profundidade de penetração
Fontes de alimentação c.c.-c.a
Efeito Pelicular
Escolhendo-se um fio cujo raio seja menor ou igual a profundidade de penetração
do efeito pelicular, pode-se admitir que a corrente se distribui uniformemente por
toda a seção do condutor.
Para corrente senoidais nos enrolamentos, há uma espessura ótima do condutor
que minimiza as perdas no cobre.
Não é objetivo deste curso detalhar o equacionamento do efeito pelicular apenas
introduzir para a compreensão do cálculo dos parâmetros da linha.
Portanto, em corrente alternada a resistência apresenta um
comportamento dependente do efeito pelicular, sendo mais
conveniente sua obtenção em tabelas fornecidas pelos
fabricantes.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
EFEITO CORONA
A seleção dos condutores é uma das decisões mais importantes a serem tomadas
pelo projetista das linhas de transmissão.
Nas linhas em médias e altas tensões, a escolha das secções dos condutores
geralmente se baseia em um equacionamento econômico entre perdas por efeito
joule e os investimentos necessários.
Nas linhas em tensões extra-elevadas e ultra-elevadas, o controle das
manifestações do efeito corona pode ser o elemento dominante para orientar essa
escolha.
As múltiplas manifestações do efeito corona têm implicações diretas com a
economia das empresas concessionárias e com o meio ambiente no qual as linhas
de transmissão se encontram. Todas são importantes, e por isso mesmo devem
merecer dos projetistas a devida atenção.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
EFEITO CORONA
O efeito Corona ocorre quando um forte campo elétrico associado com um
condutor de alta tensão ioniza o ar próximo ao condutor, ou seja, quando o
valor do gradiente de potencial aí existente excede o valor do gradiente
crítico disruptivo do ar.
Mesmo em um campo elétrico uniforme as várias condições controlam essa
tensão disruptiva, tais como a pressão do ar, a presença do vapor d’água, o
tipo de tensão aplicada e a fotoionização incidente Portanto, o
aumento da humidade e da chuva intensifica o efeito corona porque tornam o ar
mais condutivo.
No campo não uniforme em torno de um condutor, a divergência do campo exerce
influência adicional, e qualquer partícula contaminadora, como poeira, por
exemplo, transforma-se em fonte punctual de descargas.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
EFEITO CORONA
Descargas elétricas em gases são geralmente iniciadas por um campo elétrico
que acelera elétrons livres aí existentes.
Durante a sua aceleração no campo elétrico, cada elétron livre colide com átomos
de oxigênio, nitrogênio e outros gases presentes, perdendo, nessa colisão, parte
de sua energia cinética.
Posteriormente, o átomo atingido pode liberar o excesso de energia em forma de
CALOR, LUZ, ENERGIA ACÚSTICA E RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS.
Toda a energia liberada ou irradiada provem do campo elétrico da linha, portanto,
do sistema alimentador, o que representa perda de energia, por conseguinte,
prejuízo.
Essas perdas e suas consequências econômicas tem sido objeto de pesquisas e
estudos há mais de meio século.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
EFEITO CORONA
Os resultados das pesquisas permitem determinar, com razoável segurança, qual
o melhor desempenho esperado para as diversas soluções possíveis no que diz
respeito a essas perdas.
As perdas máximas podem ter influência significante nas demandas dos
sistemas.
São significativos os valores obtidos em medições realizadas na Rússia em linhas
de 500 KV. Mediram-se perdas médias anuais da ordem de 12 kW/km de linha
trifásica, com tempo bom, perdas máximas da ordem de 313 kW/km sob chuva e
374 kW/km sob garoa.
As perdas sob chuva dependem não só do índice de precipitações, como também
do número de gotículas d’água que conseguem aderir à superfície dos condutores.
Esse número é maior nos condutores novos do que nos usados, nos quais as
gotas d’água aderem mais facilmente à geratriz inferior dos condutores.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
EFEITO CORONA
O efeito Corona também libera partículas de O2 e produz oxigênio tri atômico -
O3, ozônio - um gás corrosivo que destrói equipamentos de linhas de potência e
coloca em perigo a saúde humana.
E o efeito Corona gera ruído eletromagnético de largo espectro.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
PASSOS BÁSICOS PARA DETECTAR INTERFERÊNCIA DE LT ELÉTRICA
Ruído de linhas de transmissão de energia elétrica: Você provavelmente já ouviu.
Em um rádio, soa como um zumbido ou rugido que também, pode ser pontuado
por pequenos "estalos". Pode ser fraco, forte ou qualquer coisa na média.
O ruído das linhas de transmissão podem se intensificar durante tempo úmido.
Apesar de ser muito difícil de na prática atenuar o problema, o importante é saber
identificá-lo, de forma a poder tomar algumas medidas.
Os tipos de perturbação provocados pelo efeito corona: A radiointerferência (RI) e
o ruído acústico (RA).
Fontes de alimentação c.c.-c.a
PASSOS BÁSICOS PARA DETECTAR INTERFERÊNCIA DE LT ELÉTRICA
Descargas individuais de corona provocam pulsos de tensão e corrente de curta
duração.
Porém, aquelas que ocorrem durante os semiciclos positivos é que irradiam
ruídos capazes de interferir na radiorecepção nas faixas de frequência das
transmissões em amplitude modulada (AM).
Eflúvios de corona também ocorrem em outros componentes das linhas, tais
como ferragens e isoladores, porém a intensidade dos ruídos gerados é
bastante inferior à dos gerados pelos condutores.
Ferragens defeituosas, pinos e contrapinos mal-ajustados ou soltos podem
igualmente gerar pulsos eletromagnéticos → Estes, no entanto, ocorrem nas
faixas das frequências de "FM" e "TV", provocando interferência ou ruídos nas
recepções de "FM" e "TV".
A geração desses ruídos interfere com os direitos individuais dos
moradores das vizinhanças das LTs, uma vez que os ruídos se podem
propagar além das faixas de servidão das linhas.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
PASSOS BÁSICOS PARA DETECTAR INTERFERÊNCIA DE LT ELÉTRICA
Ainda não é possível projetar economicamente uma linha de transmissão aérea
em tensões acima de 100 KV que não produza radiointerferência.
No entanto, critérios corretos e atenção aos aspectos relevantes do projeto
podem produzir um sistema que resulte pelo menos em níveis aceitáveis de
perturbação.
O estudo do comportamento das linhas no que se refere à "RI" é bastante
complicado em virtude dos inúmeros fatores que afetam seu comportamento,
muitos dos quais ainda são indefinidos e nem mesmo completamente
entendidos, de forma que os efeitos cumulativos são considerados em bases
estatísticas.
A poluição acústica causada pelo ruído característico provocado pelos eflúvios do
corona vem merecendo crescente atenção no dimensionamento das linhas, a
fim de que o grau de perturbação seja mantido em níveis aceitáveis.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
PASSOS BÁSICOS PARA DETECTAR INTERFERÊNCIA DE LT ELÉTRICA
Em vista do exposto, pode-se concluir que, para as linhas de transmissão em
tensões extra e ultra-elevadas, o dimensionamento econômico das linhas está
diretamente relacionado com a escolha do gradiente de potencial máximo
admissível na superfície dos condutores das linhas de transmissão.
Gradientes para uma mesma classe de tensão somente são
reduzidos mediante o emprego dos condutores de
diâmetros maiores, ou maior espaçamento entre fases, ou
pelo emprego de condutores múltiplos, com número
crescente de subcondutores.
Portanto, é necessário que se respeite os padrões industriais estabelecidos de
maneira a evitar ruídos excessivos que possam causar danos a saúde e ao
meio ambiente.
Alternativamente, vem sendo pesquisados outros métodos para a redução da
radiointerferência e ruídos audíveis.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
APLICAÇÕES DA DESCARGA DE CORONA
A descarga de corona tem inúmeras aplicações comerciais e industriais:
• Remoção de cargas elétricas indesejáveis da superfície de uma aeronave em
vôo e com isto evitando o efeito prejudicial de pulsos elétricos descontrolados
durante a atuação dos sistemas avionicos.
• Fabricação de ozônio
• Limpeza de partículas do ar em sistema de condicionamento de ar
• Tratamento da superfície de filmes poliméricos para aumentar sua
compatibilidade com adesivos ou tintas impressão.
• Fotocópia
• Fotografia Kirlian a qual alguns acreditam ser uma visualização da áurea.
• Propulsão iônica
• Laser Nitrogênio
Fontes de alimentação c.c.-c.a
NA OCORRÊNCIA DE SOBRETENSÕES NA LINHA, O EFEITO CORONA É UM
MEIO IMPORTANTE DE AMORTECER TAIS FALHAS, AGINDO COMO UM
"ESCAPE" DESTA ENERGIA EXCEDENTE. SOMENTE NESSAS
SITUAÇÕES O CORONA É VANTAGOSO PARA OS SISTEMAS ELÉTRICOS.
De modo geral, nas linhas de transmissão de energia este efeito torna-se
extremamente indesejável, já que gera perdas de energia e interferências nos
sistemas de telecomunicações próximos à rede.
A descarga de corona também é indesejável:
• Dentro de componentes elétricos tais como transformadores, capacitores,
motores elétricos e geradores. Corona progressivamente danifica o isolamento
interno destes mecanismos, levando a falha prematura dos equipamentos.
• Situações nas quais aparecem tensões elevadas e a produção de ozônio deve
ser evitada.
A NBR 5422 NO BRASIL IMPÕE UM LIMITE DE INTERFERÊNCIA
PROVOCADO PELAS LINHAS DE TRANSMISSÃO, GERALMENTE
ESPECIFICADO PARA CLIMA AMENO.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
Medições de campos elétricos e magnéticos em LTs
O ruído da linha de transmissão pode ser transmitido por condução, indução ou
radiação.
A interferência pode ser conduzida através da linha de transmissão à fonte de
alimentação do rádio.
Pode viajar por indução quando a linha de transmissão está suficientemente
próxima a antena ou à alguma parte do receptor, ou até a outra linha de
transmissão.
Também, pode viajar através de irradiação: as linhas de potência podem se tornar
uma antena.
As medições de campos elétricos e magnéticos têm o propósito de registrar a
intensidade do campo gerado pela subestação e pelas LTs para assegurar a
conformidade com os limites previstos em lei.
A medição do espectro de radiointerferência também visa não causar problemas a
sistemas que usam ondas de rádio, como telefonia celular e TV.
Fontes de alimentação c.c.-c.a
Detector de efeito corona para inspeção de linhas elétricas
Portátil e leve, para uso em campo, inspeção aérea e laboratorial, esse
equipamento detecta o efeito corona através da visualização do ultravioleta
em inspeções, durante o dia, de equipamentos de subestações, painéis
elétricos e isoladores, dispondo de localizador GPS e Laser para inspeção
em linhas de transmissão e distribuição com a utilização de veículos e
aeronaves.
Grava dados e armazena imagens, informações, imagens ultravioleta e
comentário de voz em memória do tipo Flash Card.
