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Treinamento Operacional – Diretoria de RH Rua dos Lavapés, 463 – Cambuci 01519-000 - São Paulo - SP

Gerência de Treinamento Operacional Sergio Fesneda

Administração Denis Germino Elisaldo de Melo Patrícia Saline Valdir Lopes

Elaboração técnica Ana Rita Ramos Angela Chagas Joana Costa Samuel Braz

Projeto gráfico e editoração Michel de Oliveira Rodolfo Justino

São Paulo, setembro de 2010.


Introdução

Esta apostila foi desenvolvida pela para ser utilizada em cursos específicos para profissionais da Eletropaulo que realizam serviços de corte e religa em consumidores. Salienta-se que é imprescindível que os profissionais que realizam serviços de corte e religa, estejam equipados adequadamente os equipamentos de proteção individual e coletiva (EPI’s e EPC’s), bem como atentem as normas e procedimentos de segurança pertinentes às atividades.

Conceitos •Matéria: tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço. •Molécula: menor partícula que mantém características da matéria. •Átomos: partículas elementares que associadas formam as moléculas. •Eletricidade: fenômeno físico produzido por elétrons em movimento.

Comparação do átomo com o sistema solar: Os movimentos (rotação e translação) dos elétrons em torno do núcleo do átomo são semelhantes aos movimentos dos planetas em torno do sol.

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Grandezas elétricas fundamentais Se por algum meio conseguirmos movimentar elétrons (obter eletricidade) e fizermos com que estes elétrons saiam de um determinado ponto, percorram um caminho e voltem a este ponto, este caminho percorrido é denominado de CIRCUITO ELÉTRICO. Neste circuito elétrico, para que haja o movimento dos elétrons, são necessárias três grandezas fundamentais: • • •

Tensão Elétrica Intensidade de Corrente Elétrica Resistência Elétrica

Comparação de um circuito elétrico com um circuito hidráulico

A pressão da água nos canos depende da força aplicada pela bomba, ao passo que a pressão dos elétrons nos condutores depende da pressão aplicada pela fonte (diferença de potencial). A corrente d´agua é o movimento das gotas de água no cano e a corrente elétrica é os movimentos dos elétrons no condutor. A dificuldade encontrada pela água para circular pelo cano, pode ser comparada à dificuldade encontrada pelos elétrons num condutor. Tensão Elétrica: É a diferença de potencial (d.d.p.) entre dois pontos de um circuito elétrico. Sua unidade de medida é o volt (V), em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), conhecido por seus trabalhos sobre a eletricidade. No ano de 1800, Volta desenvolveu a pilha eletroquímica, conhecida como pilha de Volta, precursora da bateria elétrica. O símbolo da tensão elétrica é a letra E. A tensão elétrica é medida por instrumentos denominados voltímetros. O voltímetro é ligado em paralelo com o circuito elétrico. Intensidade de Corrente Elétrica: É o movimento orientado de cargas elétricas provocado pelo desequilíbrio elétrico (d.d.p.) entre dois pontos. A corrente elétrica é a forma pela qual os corpos eletrizados procuram restabelecer o equilíbrio elétrico. Nos sólidos: é formada através do movimento ordenado dos elétrons livres. Nos líquidos e nos gases: é formada através do movimento dos íons livres. Para que haja corrente elétrica, é necessário que haja d.d.p. e que o circuito esteja fechado. Logo, pode-se afirmar que existe tensão sem corrente, mas nunca existirá corrente sem tensão. Isso acontece porque a tensão orienta as cargas elétricas.

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O símbolo da corrente elétrica é a letra I e a unidade de medida é o Ampére (A) em homenagem ao físico francês André Marie Ampére (1775 -1836). A intensidade da corrente é medida com instrumentos denominados amperímetros. O amperímetro é intercalado no circuito elétrico de modo que seja atravessado pela corrente elétrica cuja intensidade se deseja medir.

Voltímetro

Amperímetro

Resistência Elétrica: É a oposição que um material apresenta ao fluxo de corrente elétrica. Todos os dispositivos elétricos e eletrônicos apresentam certa oposição à passagem da corrente elétrica. A resistência dos materiais a passagem da corrente elétrica tem origens na sua estrutura atômica. Para que a aplicação de uma d.d. p. a um material origine uma corrente elétrica é necessário que a estrutura desse material permita a existência de elétrons livres entre si com facilidade a corrente flui facilmente através dele. Nesse caso, a resistência elétrica desses materiais é pequena, por outro lado nos materiais cujos átomos “não” liberam elétrons livres entre si com facilidade a corrente elétrica flui com “dificuldade” porque a resistência elétrica desses materiais é grande. Portanto a resistência de um material depende da facilidade ou da dificuldade com que esse material libera cargas para a circulação. A unidade de medida da resistência elétrica é o Ohm (Ω), em homenagem ao físico alemão Georg Simon Ohm (1787-1854), conhecido principalmente, por suas pesquisas sobre as correntes elétricas. Sua formulação da relação entre intensidade de corrente, diferença de potencial e resistência é conhecida como Lei de Ohm. A resistência elétrica é medida através de instrumentos denominados ohmímetros ligado entre os terminais do resistor.

Grandeza Diferença de potencial Intensidade de corrente elétrica Resistência elétrica Potência

Unidade Volt Ampére Ohm watt

Símbolo V A Ώ W

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Gráficos de Correntes Elétricas

Corrente Contínua

Corrente Alternada Monofásica

Corrente Alternada Trifásica

Primeira Lei de OHM O físico alemão George Simon Ohm ( 1787 – 1854 ) realizou uma série de experiência e verificou que a resistência de um condutor depende da temperatura desse condutor, do material de que ele é constituído e de suas dimensões. Além disso, Ohm demonstrou, que com a resistência fixa, a intensidade de corrente varia diretamente proporcional à variação de tensão e com a tensão fixa, a intensidade de corrente varia inversamente proporcional à resistência.

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TRIÂNGULO DO REI

E R

I

Potência Elétrica Potencia é um conceito que está diretamente ligado à idéia ou força, produção de som, calor, luz, e até mesmo ao gasto de energia. Ao passar por uma carga instalada em um circuito, a corrente elétrica produz, entre outros efeitos, calor, luz e movimento. Esses efeitos são denominados de “trabalho”. O trabalho de transformação de energia em outra forma de energia realizada pelo “consumidor” ou “carga”. Ao transformar a energia elétrica, o consumidor realiza um “trabalho elétrico”. O tipo de trabalho depende da natureza do consumidor de energia. Um aquecedor, por exemplo, produz calor; uma lâmpada, (luz); um ventilador (movimento). A capacidade de cada consumidor produzir trabalho, em determinado tempo, a partir da energia elétrica é chamada de “Potencia Elétrica” representado pela seguinte formula:

P=E.I

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Triângulo da Potência

P E

I

A unidade de medida da Potência Elétrica é o Watt (W).

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Geração, Transmissão e Distribuição A fim de visualizarmos melhor onde nos situamos dentro de um sistema elétrico, é necessário que conheçamos os componentes do mesmo, desde a Estação Geradora até dos consumidores de baixa tensão. Deste modo, compreendemos facilmente as diferentes transformações de tensões, desde o gerador até nossa residência. Toda a energia gerada para atender a um sistema sistema elétrico, ou é sob a forma trifásica, alternada, tendo sido fixado a freqüência de 60 ciclos / segundo, para uso em todo o território brasileiro, por decreto governamental. Vejamos na ilustração abaixo a representação de um sistema elétrico que comp compreende reende os seguintes componentes: • • •

Geração Transmissão Distribuição

GTD

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Geração O mundo, no seu desenvolvimento, cada vez mais, necessita de energia, utilizando-a em suas diversas formas, a partir das mais variadas fontes. Atualmente, uma das formas de energia mais utilizada é a elétrica, obtida através de outras formas, tais como: Energia Hidráulica, Energia Térmica, Energia Química, Energia Núclear e Energia Eólica. A Energia Elétrica é produzida pelas Centrais Elétricas, através da transformação de uma outra forma de energia (hidráulica, atômica, etc.) em energia motriz, e, a seguir, em Energia Elétrica. Apresentamos, na figura 1, as centrais existentes, a energia primária, utilizada e as diversas formas de energia que é transformada, até chegar a Energia Elétrica. Abordaremos o princípio de funcionamento das centrais mais utilizadas, com ênfase especial às Hidroelétricas. Nome dado à Central

Usina Eolielétrica

Usina Hidroelétrica Usina Maremotriz Usina Reversível

Usina Solar

Usina Nuclear

Usina Termoelétrica

Elemento Utilizado

Deslocamento de Ar

Água

Radiação Solar

Átomo

Combustível

Tipos de Energia Energia Eólica transform ada no processo Energia Cinética

Energia Mecânica

Energia Hidráulica

Energia Solar

Energia Nuclear

Energia Química

Energia Potêncial

Fig. 01- O processo de transformação, desde a energia primária até a energia elétrica, para os diversos tipos de Centrais Elétricas

Energia Elétrica

Em resumo, o Sistema de Distribuição consiste no conjunto de equipamentos e acessórios instalados entre a subestação abaixadora e o ponto de entrega ao consumidor. As subestações abaixadoras situadas próximo às cidades e grandes indústrias, têm por finalidade reduzir a tensão, possibilitando a sua distribuição através de alimentadores, de uma forma mais segura e prática.

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Transmissão Transmissão significa o transporte de energia elétrica gerada até os centros consumidores. Para que seja economicamente viável a tensão gerada nos geradores trifásicos de corrente alternada normalmente de 13,8 kV deve ser elevada a valores padronizados em função da potência a ser transmitida e as distâncias aos centros consumidores. As tensões mais usuais em corrente alternada nas linhas de transmissão são: 69 kV, 138 kV, 230 kV, 400 kV, 500 kV. A partir de 500 kV, somente um estudo econômico vai decidir se deve ser usada a tensão alternada ou contínua, como é o caso da linha de Itaipu com 600 kV em corrente contínua. Neste caso, a instalação necessita de uma subestação retificadora, ou seja, transformar a tensão alternada em tensão contínua, transmitir a energia elétrica em tensão contínua e próxima aos centros consumidores, uma estação conversora para transformar a tensão contínua em tensão alternada outra vez, antes de distribuir aos consumidores. O objetivo principal da transmissão em tensão contínua será o da diminuição das perdas por efeito corona, que é resultante da ionização do ar em torno dos condutores, com tensões alternadas muito elevadas.

Distribuição

A distribuição é a parte do sistema elétrico já dentro dos centros de utilização (cidades, bairros, indústrias). A distribuição começa na subestação abaixadora onde a tensão da linha de transmissão é baixada para valores padronizados nas redes de distribuição primária (11 kV, 13,2 kV, 15 kV, 34,5 kV, etc.). Das subestações de distribuição primária partem as redes de distribuição secundária ou de baixa tensão. A parte final de um sistema elétrico é a subestação abaixadora para a baixa tensão, ou seja, na tensão de utilização (380 / 220 V, 127 / 220 / 110 V, etc.). No Brasil há cidades onde a tensão fase-neutro é de 220 V (Brasília, Nordeste, etc.) e outras onde 110 ou 120 V (Rio de Janeiro, Sul, etc.). As redes de distribuição dentro dos centros urbanos podem ser aéreas ou subterrâneas. Nas redes aéreas, os transformadores podem ser montados em postes ou em subestações abrigadas; nas redes subterrâneas os transformadores deverão ser montados em câmaras subterrâneas. A entrada de energia dos consumidores finais é denominada ramal de entrada (aérea ou subterrânea). As redes de distribuição primária e secundária, normalmente são trifásicas e as ligações aos consumidores poderão ser monofásicas, bifásicas ou trifásicas, de acordo com a sua carga. -

monofásica (2 condutores) bifásica (3 condutores) trifásica (3 ou 4 condutores)

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Sistemas e Tensões Nominais de Fornecimento Delta com Neutro - 115/230 V B F

N

C

A

B F N

F A

C

B F N A

C

F

FASE F Obs.: Valor da tensão: VF (4º fio) e o neutro = VL x

Sistema Estrela com Neutro - 127/220 V, 120/208 V e 11


220/380 V

A

A

F

F

N C

B

N C

B

A

F

F

N C

F

B

F

Sistema Estrela sem Neutro – 220 V

A

A

F

C

B

F

F

C

B

F F

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Princípios de transformação Eletromagnetismo Definição Definimos Eletromagnetismo como sendo a propriedade que a corrente elétrica tem de produzir campo magnético ao redor de um condutor, quando da sua passagem através deste. Podemos observar na figura ao lado, que a limalha de ferro é atraída pela bobina da mesma forma que seria atraída por um imã. A experiência demonstra que a bobina se tornou magnetizada, em virtude da passagem da corrente elétrica pela mesma, e induzir esse magnetismo no prego (indução magnética). O campo magnético acaba ao se interromper a corrente do circuito.

Campo magnético num condutor

Para observar como é a disposição do campo magnético num condutor, realizamos a montagem ao lado. Podemos observar que as linhas de fora do campo magnético nem condutor, são circulares e ainda que vão “enfraquecendo“ à medida em que se distanciam do mesmo. Como a força de atração é maior junto ao condutor, neste local haverá sempre maior concentração de linhas.

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Importância do núcleo do ferro Quando um pedaço de ferro doce é colocado num campo magnético, ele torna-se imantado por indução. Dessa forma, ele passa a se comportar exatamente como um imã, aumentando consideravelmente a intensidade do fluxo magnético do eletro-imã.

Acrescentando-se mais espiras a uma bobina que conduz corrente elétrica, aumentando-se o número de linhas de força e ele passa agir como eletro-imã mais forte.

Na verdade, o núcleo de ferro terá a propriedade de concentrar melhorar as linhas de forças já que oferece menor relutância. (resistência) às linhas de força do que o próprio ar.O seu emprego aumenta enormemente a densidade do fluxo. (concentração).

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Um aumento de corrente elétrica também aumenta o campo magnético e assim, os eletroímãs potentes são compostos de bobinas de muitas aspiras, que conduzem correntes relativamente elevadas. Indução eletromagnética Definição

Indução Eletromagnética é o fenômeno pelo qual um campo magnético induz tensão elétrica num condutor. Para tanto, é necessário haver movimento relativo entre ambos, ou seja: campo variável e condutor fixo; ou campo fixo e condutor em movimento.

Uma observação atenta do amperímetro, no momento em que o imã é colocado ou retirado da sua posição dentro da bobina, mostra que aparece uma corrente elétrica. A corrente elétrica que aparece em conseqüência do movimento da bobina no campo magnético é chamada Corrente Induzida. O fio condutor possui elétrons livres em seu interior e esses elétrons são facilmente deslocáveis. Quando o fio se desloca no campo magnético, os elétrons acompanham o fio no seu movimento; portanto, ficam sujeitos a uma força na direção do eixo do condutor. A intensidade da corrente induzida depende dos seguintes fatores; Características do condutor, velocidade de deslocamento do condutor e intensidade do campo magnético. Indutância Mútua Deve-se entender que o campo magnético da bobina existe não apenas através do centro da bobina, mas também em volta da mesma. Dessa forma, podemos definir indutância mútua, ou indução mútua, como sendo a propriedade de uma bobina induz campo magnético numa outra bobina.

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Um campo magnético alternado induz uma tensão sobre a bobina.

Dessa forma, podemos dizer que quando uma corrente alternada flui nos enrolamentos primários e secundários há uma indução mútua.

Lembre-se, entretanto que somente haverá indutância mútua ou indução mútua, quando se tratar de corrente alternada.

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Transformadores São máquinas elétricas que tem propriedade de elevar ou abaixar valores de tensão ou correntes, num circuito elétrico. São constituídos basicamente de dois enrolamentos (bobinas), eletricamente isolados ou envolvidos por um núcleo de ferro comum. O funcionamento dos transformadores é baseado no princípio de que a energia elétrica pode ser transferida eficientemente pela indução mútua de um enrolamento a outro.

A corrente elétrica alternada ao circular no enrolamento primário (Corrente de Magnetização, ou Excitação) cria, ao redor deste, um fluxo magnético alternado. Esse fluxo estabelecido no núcleo de ferro corta as espiras tanto do enrolamento primário, quanto ao secundário, induzindo neste último uma força eletromotriz, ou tensão induzida. A passagem do fluxo magnético do enrolamento primário para o secundário é feita através do núcleo de ferro.

Componentes internos (parte ativa) Núcleo de ferro

È uma peça composta por várias lâminas de um ferro especial (aço silício), justaposta umas sobre as outras e isoladas entre si, cujo objetivo é transportar o fluxo magnético do enrolamento primário para o secundário. O silico reduz por histerese e também aumenta a resistência elétrica do ferro, reduzindo as correntes parasitas.

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As correntes parasitas que aparecem no núcleo laminado são de intensidade bem menores do que as correntes parasitas que aparecem no núcleo maciço. Portanto, o efeito do de aquecimento será bem, menor permitindo um maior rendimento do transformador. Óleo isolante É responsável pela isolação elétrica dos componentes internos, bem como pelo resfriamento dos mesmos. Painel de ligação (tap’s) Local que se conecta as ligações das bobinas primárias do transformador. Enrolamentos (bobinas) São condutores elétricos enrolados ordenadamente em forma de bobina no núcleo de ferro. Tem a propriedade de armazenar a energia elétrica sob a forma de campo magnético.

Bobina de Alta Tensão O condutor que compõe o enrolamento, ou bobina, necessita de uma camada isolante ao seu redor (verniz), a fim de que a corrente elétrica que o percorre não provoque um curto-circuito entre as espiras. O enrolamento primário é sempre o que está conectado à fonte de energia e o enrolamento secundário é sempre conectado à carga. Na prática, as relações de tensão e corrente dependem quase que exclusivamente do número de apiras que compõe o enrolamento. O enrolamento é chamado primário (N1) quando recebe alimentação de uma fonte (V1). È chamado secundário (N2) quando alimenta uma carga, ou simplesmente, quando em seus terminais aparece uma tensão (V2). Bobina primária È a bobina do transformador ligado do lado da fonte.

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Bobina secundária È a bobina do transformador ligado do lado da carga.

Componentes externos (parte passiva) Carcaça Protege os componentes internos do transformador contra agentes esternos (poeira, umidade e outros) Placa de identificação Contém as principais características do transformador. Mostrando inclusive como deve ser modificado o painel de ligação para as diferentes tensões primárias. Buchas primárias Os terminais da bobina primária são ligados às buchas primárias e são marcados com a letra “H” acompanhadas de um número, sendo que o número menor é o começo e o maior o fim da bobina. Buchas secundárias Os terminais da bobina secundária são ligados às buchas secundárias e são mercados com as letras X acompanhadas de um número, sendo que o número menor é o começo e o maior o fim da bobina.

OBS: Nos transformadores trifásicos o “X” é o de aterramento das bobinas. Tipos de transformadores Transformadores monofásicos Os transformadores monofásicos são aqueles que tem dois enrolamentos eletricamente isolados um do outro (um primário e o outro secundário)

OBS: Os transformadores monofásicos são alimentados por uma única fase.

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Componentes do transformador monofรกsico

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Transformadores trifásicos Os transformadores trifásicos são aqueles que tem três enrolamentos eletricamente conectados. Os transformadores trifásicos são alimentados por três fases.

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Componentes do transformador trifรกsico

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Relação de Transformação Numa transformação, o nº de vezes que a tensão aumenta ou diminui (no secundário) é a relação de transformação (RT). Esse mesmo para a corrente e o número de aspiras. A relação que existe entre as tensões,correntes e números de aspiras é escrito, matematicamente, das seguintes formas:

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Triângulo das Espiras

OBS: As duas bobinas anteriores simbolizam um transformador, sendo que a primária (a de entrada) possui o símbolo de tensão acompanhado do n 1, e a secundária (a de saída) possui o símbolo de tensão acompanhados do nº 2.

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O valor calculado significa (169/1) que para cada 160 v, que entra no primรกrio, sai 1 v no secundรกrio.

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Apostla de GTD Sistema de Distribuição e Transformadores Co  

Michel de Oliveira Rodolfo Justino Sergio Fesneda São Paulo, setembro de 2010. Gerência de Treinamento OperacionalGerênciadeTreinamentoOpera...

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