Uma estação solarimétrica é constituída por uma serie de equipamentos capacitados a reunir dados relacionados à radiação solar e outros parâmetros meteorológicos e clima. Ao reunir esses dados, a estação é capaz de fornecer informações relevantes para a construção de sistemas fotovoltaicos.
Imagem 1: Usina Fotovoltaica
Fonte: Solled energia/Divulgação
Como funciona e como é constituída?
As estações devem seguir um padrão estabelecido pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE) do Governo Federal. Todos os dados coletados são colocados em simulação para determinar locais adequados de instalação de uma futura usina fotovoltaica.
Imagem 2: Estação Solarimétrica
Fonte: Canal Solar/Divulgação
Anemômetro: É um sensor que mede a velocidade do vento.
Piranômetro: Mede a irradiância solar.
Termômetro: Sensor que mede a temperatura do ar.
Painel Solar de Alimentação: Fornece a energia para a operação do sistema.
Esses componentes atuam em conjunto, possuindo o painel solar como fonte de energia. O termômetro desempenha papel fundamental, pois, temperaturas muito altas prejudicam a eficiência energética de uma possível usina, assim como o anemômetro, que ao identificar ventos em excesso mostra que é uma possível área que causa resfriamento nas placas. O piranômetro ao medir a irradiância solar, mostra se o local tem uma boa incidência e capacidade de gerar energia.
Conclusão:
A estação solarimétrica desempenha papel fundamental na construção e planejamento de usinas fotovoltaicas, em decorrência da sua capacidade de avaliação do clima, da irradiância e dados meteorológicos, além de ser um sistema que utiliza energia solar para seu funcionamento, portanto autossustentável.
Armazenamento de Energia: Funcionamento, Importância e Tendências
Tendo um mercado com a tendência de crescimento de 12,8% ao ano até 2040, o armazenamento de energia é uma engrenagem importante no funcionamento das redes elétricas. Esta consiste basicamente em manter a energia em um determinado ponto para que ela possa ser transportada ou mantida para a posteridade.
Tendo em vista-o desenvolvimento tecnológico recente a energia elétrica tornou-se facilmente gerada, transmitida e transformada. No entanto, o armazenamento ainda passa pelo estágio de desenvolvimento de métodos mais eficiente e baratos, assim gerando possíveis perdas no sistema de distribuição de energia. Isso afeta principalmente os sistemas de energias renováveis que não tem uma forma de produção de difícil gerenciamento, já que depende muitas vezes de fatores climáticos.
Funcionamento
A energia elétrica em si não pode ser armazenada, precisando transformá-la em outros tipos como a química, térmica ou mecânica. Os sistemas de armazaneamento são primeiramente divididos de acordo com sua capacidade tendo os sistemas de larga escala (trabalha com escalas de GigaWhatts), armazenamento de rede ou sistemas de geração (trabalha com MegaWhatts) e o armazenamento a nível de usuário final (trabalha com KiloWhatts e unidades menores).
Os sistemas mais usados atualmente são:
Armazenamento Hidrelétrico: sistema rentável e seguro que utiliza o acúmulo de água em ambientes elevados e com base na força gravitacional e na transformação de energias, permite o armazenamento de energia de forma principalmente mecânica.
Ar comprimido: Seguindo também a forma mecânica, este sistema consiste no armazenamento de energia por meio da compressão de ar em ambientes subterrâneos em momentos de baixa carga na rede para posteriormente se liberado e reconvertido em energia elétrica.
Com os avanços científicos recentes, este mercado recebeu novas tecnologias de armazenamento. Alguns deles são:
Baterias de Lítio: o elemento lítio é um dos menores elementos da tabela periódica, podendo acumular grandes quantidades de energia fazendo uso dos íons de lítio como principal componente eletroquímico. No entanto, tem custo de produção elevado, por conta do investimento necessário na extração do Lítio e seu preparo para armazenar energia. Contudo, segundo a BloombergNEF estas baterias está em queda em razão da queda de preços das matérias primas. Além disso, são umas das principais tendências do mercado por conta da sua forma presença em automóveis elétricos e comparado a outros métodos, essas baterias tem peso reduzido e alta eficiência.
Armazenamento em Hidrogênio: Envolvendo a eletrólise da água, a energia elétrica separa o hidrogênio do oxigênio. É um método procurado pois é limpa e versátil
Supercondensadores: Também conhecido como ultracapacitor, este armazena energia por meio de cargas eletrostáticas. São procurados por conta de sua capacidade de carregar e descarregar em um curto espaço de tempo, sendo assim, muito importantes quando se trabalha com picos de energia.
Assim, podemos perceber que o armazenamento de energia é crucial em diversas partes da rede elétrica estando presente nos mais diversos pontos no nosso dia a dia.
Os bancos de capacitores são dispositivos que armazenam e liberam energia elétrica de forma controlada. Eles são projetados para compensar a potência reativa indutiva, comum em cargas como motores elétricos, transformadores e luminárias que estão presentes nas instalações elétricas. Ao introduzir capacitores no sistema, é possível diminuir a potência reativa, melhorando o fator de potência e consequentemente a eficiência energética. Caso ainda não saiba o que é o fator de potência ou como é realizada a sua correção, você pode ler nosso texto sobre isso no seguinte link: importância do fator de potência na distribuição de energia
Os bancos de capacitores podem ser classificados em:
Fixos: Funcionam continuamente e são indicados para cargas com consumo constante de potência reativa, onde não há muita variação. Associado a ele deve haver um sistema de proteção para evitar fator de potência capacitivo.
Automáticos: Operam de forma ajustável, ativando ou desativando os capacitores conforme a demanda de potência reativa. Possuem correção de fator de potência precisa e otimizada, ideal para locais onde há maior variação de potência reativa.
O dimensionamento do banco de capacitores é uma etapa crítica para garantir a eficácia do sistema e evitar problemas futuros. Ele segue os seguintes passos:
Medição da potência reativa: Utiliza-se equipamentos de medição para determinar a potência reativa (kVAr) necessária para corrigir o fator de potência.
Cálculo da potência ideal: Com base no fator de potência atual e no fator de potência desejado, calcula-se a potência reativa que o banco de capacitores deve fornecer. A fórmula básica é: Q’ = P * tan(θ-θ‘) Onde:
Q‘ é a nova potência reativa do sistema (kVAr);
P é a potência ativa, que não é alterada (kW);
θ é o ângulo correspondente ao fator de potência atual;
θ’ é o ângulo correspondente ao fator de potência desejado.
Potência fornecida pela capacitor: Obtemos então a potência que deve ser fornecida pelo capacitor por uma simples subtração: Qc = Q – Q’
Cálculo da impedância: Com a potência do capacitor, calculamos a impedância do capacitor por: Zc=V²/Qc Onde:
Zc é a impedância do capacitor que será utilizado (Ω);
P tensão de linha do sistema (V);
Qc potência do capacitor que calculamos anteriormente;
Cálculo da capacitância: De posse da impedância (Zc), para calcularmos a capacitância basta aplicar a fórmula: C=1/(ωZ), resultado em Faraday (F). C é o valor de capacitância de todo o banco de capacitores, considerando o cenário de instalação trifásica, C deve ser dividido por 3 para obter o valor de apenas um capacitor do banco. Onde:
ω é a frequência angular da rede, dada por 2πf, em que f é a frequência da rede (valendo 60Hz no Brasil)
Por fim, sabendo o capacitor necessário para corrigir nosso fator de potência ao valor desejado, basta comprá-lo e instalá-lo. O exemplo dado foi para dimensionamento de um banco de capacitores fixo.
Conclusão
Mostramos de forma simplificada como podemos dimensionar um banco de capacitores para uma instalação que está sofrendo com potência reativa indesejada. Isso nos evidencia a importância dos bancos de capacitores e como eles podem ser uma solução muito útil para corrigir o fator de potência de uma instalação, reduzindo essa potência reativa e garantindo uma melhor eficiência energética.
Referências
NILSSON, James W; RIEDEL, Susan A. Circuitos Elétricos. 10ª Edição. Pearson, 2016.
Os religadores são dispositivos de proteção do sistema elétrico muito importantes para garantir a continuidade do fornecimento da energia elétrica em sistemas de transmissão e distribuição. Eles desempenham um papel critico na proteção de redes elétricas, sendo responsáveis por detectar e isolar falhas temporárias, permitindo que a rede seja restaurada automaticamente sem intervenção manual. Com isso, melhoram a confiabilidade e eficiência do sistema elétrico, além de diminuir os custos. Quando uma falha ocorre no sistema, o religador de circuito automático desliga automaticamente a linha afetada. Em seguida, ele tenta religá-la após um tempo, permitindo, que caso a falha seja temporária, como um curto-circuito ou uma descarga atmosférica, a rede seja restaurada sem uma intervenção humana. Esse processo de reestabelecimento da energia pode ocorrer várias vezes, dependendo da configuração e do tipo de religador.
Tipos de religadores
Religador monofásico:
São utilizados para proteger linhas monofásicas ou derivações de um alimentador trifásico. Eles podem ser utilizados em circuitos trifásicos, onde a linha é predominante monofásica. O religador monofásico é mais leve que o trifásico permitindo que eles sejam montados propriamente na estrutura do poste ou subestação, o que exclui a necessidade de montar um quadro adicional.
São usados em circuitos trifásicos para aperfeiçoar a segurança da linha, utilizado também quando a necessidade do bloqueio de todas as fases quando a falha é permanente. A seleção do religador podem ser classificadas de acordo com meio de interrupção de arco, como interrupção em óleo, em gás SF6 ou em vácuo e nas seleção de controle hidráulico ou eletrônico.
O religador triplo funciona de maneira similar aos outros tipos, mas possuem a capacidade de operar as três fases simultaneamente. Suas principais características é a operação sincronizada, onde as três fases atuam ao mesmo tempo no desarme e religamento em uma sobrecorrente, afim de desbalanceamento da carga. O desarme monofásico e desenergização trifásica é o modo de operação, onde cada fase opera independente da outra para desarmes de sobrecorrente e religamentos. No desarme monofásico e desenergização monofásica cada fase individualmente desarma e faz o sequenciamento para desenergizar independente da outra. Esse modo de operação é comum em cargas residenciais. Possuem alta capacidade de interrupção suportando elevados níveis de corrente de curto-circuito.
A chave fusível, ou corta-circuito, é um importante elemento nas redes de distribuição de energia elétrica para a proteção de sobrecorrente, i.e., quando a corrente atinge uma intensidade superior à máxima permitida em um sistema. Em sua estrutura há uma peça chamada de elo fusível, fundamental devido à sensibilidade de sua composição, já que uma circulação de sobrecorrente, chegando à corrente crítica, é o suficiente para atingir a temperatura de fusão do elo devido ao efeito joule, desse modo, interrompendo o circuito.
Nesse sentido, um importante tipo de chave fusível é o de expulsão, muito presente em serviços públicos; este funciona com a atuação de gases a partir da queima do interior do cartucho, que é o compartimento que contém o elo fusível, pressionando as extremidades conectadas aos terminais de fonte e de carga, forçando, desse modo, um circuito aberto. Este equipamento é frequentemente utilizado no primário dos transformadores de distribuição, evitando, assim, a atuação danosa dos efeitos térmicos da sobrecorrente nesses elementos.
No entanto, para um funcionamento adequado, as características elétricas do elo devem estar compatibilizadas com as características do sistema. Para isso é preciso observar as seguintes especificações da chave fusível:
Tensão nominal eficaz, em kV;
Corrente nominal, em A;
Capacidade de ruptura, em kA;
Nível básico de isolamento (NBI).
Além disso, um outro tipo frequente em locais industriais é o fusível limitador de corrente no qual, segundo ANSI, o elo fusível introduz abruptamente uma alta resistência para reduzir a intensidade da corrente até a interrupção desta.
Fusível limitador de corrente – Fonte: Mamede Filho
Portanto, é possível constatar a enorme importância das chaves fusíveis para a proteção dos sistemas elétricos; o seu baixo custo e fácil substituição do elo fusível justificam o seu extensivo uso nas redes aéreas de substituição. Sendo necessário o estudo de suas especificações para garantir a eficiência do equipamento.
Referências:
Volume 2: Proteção de sistemas aéreos de distribuição. Rio de Janeiro: Editora Campus / Eletrobrás, 1982.
MAMEDE FILHO, João. Instalações Elétricas Industrias. Rio de Janeiro: LTC, 2003.
MAMEDE FILHO, João. Manual de equipamentos elétricos. Rio de Janeiro: LTC, 2005.
CUTLER-HAMMER.Medium Voltage Expulsion Fuses. [S.l.]: [Cutler-Hammer], [s.d.].
A fonte fotovoltaica é uma das grandes saídas para a transição energética no mundo. Há uma crescente demanda pela energia solar, tanto por conta de sua praticidade de instalação, quanto pela sua acessibilidade, que permite uma autonomia maior na geração de energia, e variedade de opções de consumo. Porém o que hoje é tão corriqueiro, é o fruto de uma grande descoberta: o Efeito Fotovoltaico.
fonte: Metasol (2022)
No efeito fotovoltaico, diferentemente do que ocorre no efeito fotoelétrico, quando partículas de luz (fótons) incidem sob uma superfície, elas excitam os elétrons livres, mas não os expele, e sim cria uma diferença de potencial (DPP), que permite um fluxo de elétrons ordenados (corrente contínua), ou seja, permite a geração de energia elétrica. Este efeito ocorre nos materiais semicondutores, e a luz incidente não precisa ter uma frequência específica, pois o que excita os elétrons é a energia cinética dos fótons.
Os semicondutores mais comuns são feitos de materiais cristalinos, como o silício. A estrutura atômica do silício, por exemplo, possui uma rede cristalina em que cada átomo compartilha elétrons com seus vizinhos, criando ligações covalentes fortes. Em condições normais, esse material age como um isolante; entretanto, ele pode conduzir corrente elétrica se a energia de ativação (energia cinética adquirida pela colisão dos fótons com os elétrons livres) for fornecida, excitando elétrons para a banda de condução.
Semicondutores podem ser modificados por um processo chamado dopagem, no qual impurezas são introduzidas no material para melhorar sua condutividade. Existem dois tipos principais de dopagem:
Tipo N: Adiciona-se um elemento com mais elétrons livres, na maioria das vezes tetravalente, como o silício, criando uma abundância de elétrons livres para condução.
Tipo P: Adiciona-se um elemento com menos elétrons de valência (como o boro, que possui três elétrons de valência), criando uma “falta de elétrons”, ou lacunas, que agem como cargas positivas móveis, apesar de NÃO serem cargas positivas.
Fonte: IFSC
É muito comum o uso da “junção PN”. Quando esses dois tipos de material são unidos, ocorre uma difusão de portadores de carga. Os elétrons livres do lado n tendem a se mover para o lado p, e as lacunas do lado p tendem a se mover para o lado n. Esse movimento de cargas gera uma região de depleção na interface entre as duas áreas, onde não há mais elétrons livres ou lacunas móveis. Na região de depleção, forma-se uma barreira de potencial que impede que mais elétrons e lacunas se movam livremente entre os lados p e n. Ao “fim” do caminho percorrido pelos elétrons livres, há eletrodos para captação e transmissão dessa energia gerada, que é encaminhada a um inversor, onde será convertida de CC para CA (Corrente alternada) para uso domiciliar ou injeção na rede
A regularização do fator de potência tem se mostrado um dos grandes desafios da modernidade pelas concessionárias de energia quando se trata da transmissão de energia elétrica para seus consumidores. O fator de potência é uma medida de suma importância para ter certeza de que todo o sistema está operando com a qualidade devida e não ocorra complicações com os equipamentos da população ou com os geradores. Para isso, existe a implementação da correção do fator de potência para que o mesmo se mantenha dentro dos parâmetros ótimos de qualidade. No entanto, para entender essa medida e como o fator de potência afeta o sistema elétrico de potência, precisamos entender o que é o fator de potência.
O que é?
Quando pensamos nos sistemas elétricos de potência e suas redes de distribuição, é comum depararmos com equipamentos que apresentam seu consumo em Watts (W) ou Volt-Ampere (VA), ambas sendo medidas de potências. A razão desses diferentes tipos de potência está relacionado com o fato de que as cargas que receberão a energia elétrica são geralmente resistivas e indutivas, ou seja, motores e enrolamentos de fios, como geladeiras, ares-condicionados e a maioria dos eletrodomésticos e maquinários industriais.
Essa característica das cargas residenciais e industriais, quando sob influência de uma tensão de forma senoidal com frequência de 60 Hz, como é o padrão nacional, são tratadas na forma de uma impedância que dissipa potência complexa (S). Tanto a impedância quanto essa potência S são expressas por números complexos na forma a+jb.
Temos então que a potência que é consumida pelas unidades populares possuem uma parte em número real e uma parte em número “imaginário”, parte imaginária essa que está relacionada na dissipação em forma de campo magnético e nas perdas de energia. Essa potência complexa é comumente apresentada com o triângulo de potências.
Fonte: Nilsson e Riedel
Onde a potência média P é medida em watts (W) e é a potência de consumo direto, a potência reativa Q medida em volta-ampére reativo (VAR) é a potência relacionada com a parte imaginária do número complexo e está diretamente relacionado com as cargas indutivas, e por último a potência aparente é o módulo dessa potência S e é medido em volt-ampére (VA).
O fator de potência nada mais é que o cosseno desse ângulo theta (θ), onde fazendo uma análise trigonométrica podemos perceber que a potência média é o a potência aparente vezes o cosseno do ângulo
P = |S|.cosθ
E portanto, é factível verificar que ao dividirmos a potência média pela potência aparente, cujo a qual consegue transmitir informação tanto da média quanto da reativa, temos como resultado o cosθ = fator de potência. Dessa forma, determinamos que o fator de potência é na realidade uma proporção de quanto da potência está sendo eficiente para o sistema como um todo.
Impactos e desafios
Sabendo o que é o fator de potência e qual o seu significado, pode-se então discutir seus impactos na rede de distribuição, sendo uma delas já mencionadas que é a determinação da qualidade de consumo dos eletrodomésticos e maquinário. Para servir de exemplo, é preciso saber que o padrão nacional do Brasil é que o sistema opere com um fator de potência de 0,92 para cima, ou seja, com 92% de eficácia.
Um dos desafios que a modernidade e o avanço tecnológico apresenta é o aumento das cargas indutivas nas residências e outros centros de consumo de energia elétrica, já que a tendência é que mais instalações adquiram novos motores e cargas indutivas como as mencionadas acima.
A forma que esse ângulo impacta o sistema e pode danificar os equipamentos e os geradores é que esse ângulo entre as potências média e reativa é determinado pela defasagem entre a corrente e a tensão nas cargas, haja visto que em indutores há um atraso de corrente em relação à tensão. Se essa defasagem se mantiver e por aumentando com o tempo, ao retornar à unidade geradora fora de sincronia com a máquina rotativa no gerador, pode causar uma dessincronização da mesma e com isso o sistema elétrico inteiro da região pode se tornar instável e danificar as propriedades dos consumidores.
Correção do fator de potência
Com isso, a medida que é aplicada para que não haja essa defasagem atenuada entre tensão e corrente é a inserção de um banco de capacitores em paralelo com a unidade de distribuição da energia elétrica, seja na subestação ou em alguns transformadores. A maneira como esse banco de capacitores funciona é devido à impedância que o capacitor representa para uma fonte senoidal, sendo ela o número complexo puramente imaginário com fase -90º, em comparação com a impedância do indutor que representa uma impedância com ângulo 90º positivo.
Fonte: Alexander e Sadiku
Dessa forma, é possível notar que a potência complexa dessas duas cargas distintas terão potências reativas com sentidos contrários, e a lógica é que ao adicionar as duas em paralelo, ou seja, a tensão nas duas será a mesma, é que a medida Q total seja diminuída e dessa forma seja feito o controle do ângulo entre as potências.
Conclusão
Foi demonstrado como o fator de potência necessita de constante melhorias para acompanhar a modernização da sociedade e sua constante evolução de equipamentos residenciais e industriais, para que então toda a rede de distribuição opere sem que haja prejuízo para o consumidor e nem para a concessionária.
À partir dessa ideia de manter o fator de potência, ou proporção de eficiência de consumo de potência das cargas dentro de um patamar de qualidade para que o funcionamento se mantenha operante é que surge a medida de corrigir o fator de potência com um banco de capacitores para que haja uma diminuição na potência reativa e com isso, perdas e dissipação da energia em campo magnético.
Referências
NILSSON, James W; RIEDEL, Susan A. Circuitos Elétricos. 10ª Edição. Pearson, 2016.
ELÉTRICA EM LIMITES. Como é feita a correção do fator de potência de uma instalação elétrica? (passo-a-passo). Youtube, 16 de abril de 2023. Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=eYloMiZRJ4E>.
A bucha de isolamento elétrico é um componente essencial em sistemas elétricos de alta tensão, projetada para permitir a passagem de um condutor sem causar fuga de corrente elétrica. Ela desempenha a função de isolar eletricamente o condutor, suportar os esforços mecânicos e ao mesmo tempo permitir a continuidade da linha de energia com segurança.
A principal função da bucha de isolamento é evitar a passagem de corrente elétrica para o equipamento ou estrutura à qual está acoplada, mantendo a separação entre o condutor de alta tensão e a parte externa aterrada. Assim, a bucha garante a integridade do sistema elétrico e ajuda a prevenir curtos-circuitos e falhas que podem comprometer a operação dos equipamentos.
Buchas de isolamento são amplamente utilizadas em transformadores, disjuntores, seccionadores e outros equipamentos elétricos de alta tensão. Elas são projetadas para suportar condições extremas de operação, como altas temperaturas, variações climáticas e poluição, o que exige uma manutenção regular para garantir seu desempenho e segurança.
Estrutura e materiais
A estrutura de uma bucha de isolamento normalmente inclui três partes principais:
Parte condutora: constituída pelo condutor de alta tensão que passa pela bucha.
Material isolante: geralmente feito de porcelana, vidro ou materiais compósitos, sendo responsável pelo isolamento entre o condutor e o exterior.
Parte externa: a bucha é normalmente equipada com aletas ou ranhuras para aumentar a distância de fuga e melhorar o desempenho contra intempéries.
Além disso, há diferentes tipos de buchas de acordo com a sua aplicação, como buchas a óleo, buchas secas e buchas capacitivas, cada uma projetada para atender a requisitos específicos de isolamento e operação.
Tipos de buchas de isolamento
Existem vários tipos de buchas de isolamento, cada uma projetada para atender diferentes necessidades de aplicação e condições de operação:
Buchas a óleo:
São buchas preenchidas com óleo mineral ou outro fluido isolante. O óleo ajuda a dissipar o calor gerado pela corrente elétrica e também contribui para a função de isolamento. Esse tipo é comum em transformadores de potência e outros equipamentos imersos em óleo.
Buchas secas:
Estas são usadas principalmente em instalações ao ar livre. Elas geralmente usam materiais compostos, como resina epóxi, como isolante. Por não ter óleo, buchas secas não são suscetíveis a vazamentos, logo, exigem menos manutenção, sendo ideais para ambientes onde o risco de contaminação do solo ou incêndio é uma preocupação.
Buchas capacitivas:
Projetadas para melhorar o controle da distribuição de campo elétrico ao longo do comprimento da bucha. Elas incorporam camadas capacitivas no material isolante, que ajudam a distribuir de maneira mais uniforme o estresse elétrico, aumentando a confiabilidade em sistemas de alta tensão.
Manutenção e desafios
A manutenção de buchas de isolamento é fundamental para garantir a confiabilidade do sistema elétrico. Defeitos como rachaduras, perda de vedação ou contaminação da superfície podem levar a falhas de isolamento e, consequentemente, a descargas elétricas. Monitoramento regular por meio de ensaios de resistência de isolamento, fator de potência e inspeções visuais são práticas comuns para garantir a integridade do componente.
As buchas de isolamento estão sujeitas a várias formas de falha, que podem resultar em interrupções no fornecimento de energia e danos aos equipamentos. As falhas mais comuns incluem:
Descargas parciais: Ocasionadas por falhas no isolamento, as descargas parciais são pequenas faíscas que ocorrem dentro da bucha, o que pode levar à degradação progressiva do material isolante.
Rachaduras e fissuras: Rachaduras no isolante externo podem permitir a entrada de umidade e contaminantes, reduzindo a eficácia do isolamento e aumentando o risco de falha elétrica.
Perda de fluido isolante: Em buchas a óleo, a perda de fluido devido a vazamentos compromete tanto a função de resfriamento quanto o isolamento, exigindo reparos imediatos.
Contaminação externa: Em ambientes muito poluídos, partículas de poeira e outros contaminantes podem se acumular na superfície das buchas, reduzindo a resistência de isolamento e levando à formação de trilhas de condução elétrica que podem causar curtos-circuitos.
Importância na rede elétrica
As buchas de isolamento são componentes críticos porque qualquer falha nelas pode ter efeitos desagradáveis para a rede. Além de potencialmente danificar equipamentos de alto custo, como transformadores, a falha de uma bucha pode causar quedas de energia generalizadas, impactando o fornecimento de eletricidade para grandes áreas.
Assim, o desenvolvimento de materiais mais robustos e tecnologias de monitoramento avançado são focos de inovação no campo das buchas de isolamento, visando aumentar a segurança e confiabilidade dos sistemas elétricos de potência.
Referências
DA SILVA, Leonardo Nunes Alves . MONITORAMENTO E DIAGNÓSTICO DE BUCHAS DE ALTA TENSÃO. Rio de Janeiro: UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO, 2007.
MONITORAMENTO E DIAGNÓSTICO DE BUCHAS DE ALTA TENSÃO. Bushing (electrical). Disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Bushing_(electrical). Acesso em: 10 set. 2024.
Até os anos 1960, os mecanismos de interrupção dos disjuntores de sistemas de potência se basearam em meios isolantes de ar ou óleo em todas as classes de tensão. Nesse cenário, as tecnologias de princípio de interrupção a base de gás SF6 (hexafluoreto de enxofre) e de vácuo emergiram, com isso a média tensão seria tomada por essas duas tecnologias, seguida pela preponderância da utilização do SF6 na alta tensão.
Antes de detalhar o disjuntor de alta tensão com interrupção a vácuo, é importante diferenciar os mecanismos de interrupção a vácuo e a SF6 que são amplamente disponíveis para disjuntores de média tensão no mercado, com suas respectivas vantagens e desvantagens. O mecanismo de interrupção a vácuo extingue o arco elétrico em um ambiente de vácuo, nesse sentido a rápida recuperação desse dielétrico implica na possibilidade de interrupção de correntes de falta com di/dt severos, aliado com uma menor energia do arco (tensão) que resulta em mais interrupções completas de correntes de curto-circuito quando comparado com modelos equivalentes com outras tecnologias. Paralelamente, os disjuntores a gás SF6, utilizam esse meio para extinguir o arco pelas suas ótimas propriedades dielétricas, de acordo com Cavalcanti (1995), o SF6 possui uma eficiência de supressão de arco 10 vezes maior que o ar e um tempo de extinção 100 vezes menor. Entretanto, o SF6 é um gás potencializador do efeito estufa por pertencer a classe dos gases fluorados.
Figura 1: Câmeras de extinção de arco elétrico a vácuo de alta tensão
Fonte: Siemens Energy/Divulgação
Nesse contexto, os fatores determinantes na escolha entre esses mecanismos são a classe de tensão e fatores ambientais. A princípio a SF6 se mostra eficiente em modelos de 11 kV até 1100 kV, tendo um intervalo de aplicação amplo e, como mencionado, predominante na alta tensão. Por outro, as aplicação do mecanismo a vácuo eram limitadas a aplicações internas de média tensão, usualmente de 11 kV até 33 kV, isso até a recente disponibilização de câmeras de extinção para alta tensão em modelos de até 145 kV. Por exemplo, a fabricante Siemens introduziu essa tecnologia em modelos de alta tensão (até 145 kV) somente em 2010 com sua linha 3AV1.
Nesse sentido, os disjuntores de tensão de até 145 kV que utilizam o mecanismo de interrupção a vácuo representam uma solução avançada para aplicações em redes de distribuição e transmissão de energia elétrica. Estes disjuntores são projetados para oferecer alta confiabilidade, aproveitando a tecnologia de vácuo para garantir uma interrupção rápida e eficiente do arco elétrico. Além disso, a ausência de gases de efeito estufa e a reduzida necessidade de manutenção tornam esses dispositivos uma escolha ambientalmente economicamente vantajosa. Por fim, a tecnologia de interrupção a vácuo em disjuntores de até 145 kV proporciona uma vida útil prolongada, e uma resistência superior a operações frequentes, características essenciais para garantir a continuidade e a estabilidade do fornecimento de energia elétrica.
Figura 2: Disjuntor de 145 kV com câmeras de extinção a vácuo
Fonte: Siemens Energy/Divulgação
Referências:
CAVALCANTI, A. C. Disjuntores e chaves: aplicação em sistemas de potência. Ed. 1. Niterói: Editora da UFF, 1995.
MAMEDE, J. F. Manual de equipamentos elétricos. 5. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2022.
A geração de energia elétrica é realizada de tal forma que a frequência das tensões e correntes do sistema elétrico de potência apresentem um valor pré-determinado, o qual é consequência das dinâmicas eletromecânicas das máquinas geradoras, como máquinas síncronas e de indução. Tal valor de frequência varia entre 50 Hz (em grande parte da Europa, Paraguai, Argentina, etc.) e 60 Hz ( Brasil, Estados Unidos, etc.), sendo importante mantê-lo dentro de certos limites para o correto funcionamento dos equipamentos elétricos e eletrônicos, além de garantir um fornecimento adequado de energia.
O PRODIST (Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional), conjunto de normas estabelecidas pela ANEEL para regulamentação das atividades de distribuição de energia no Brasil, determina certos limites para as variações de frequência através do Módulo 8, Seção 8.1.7 (ANEEL,2021):
8.1.7.1: “O sistema de distribuição e as instalações de geração conectadas ao mesmo devem, em condições normais de operação e em regime permanente, operar dentro dos limites de frequência situados entre 59,9 Hz e 60,1 Hz”
8.1.7.2: “Quando da ocorrência de distúrbios no sistema de distribuição, as instalações de geração devem garantir que a frequência retorne, no intervalo de tempo de 30 (trinta) segundos após a transgressão, para a faixa de 59,5 Hz a 60,5 Hz, para permitir a recuperação do equilíbrio carga-geração.”
8.1.7.3: “Havendo necessidade de corte de geração ou de carga para permitir a recuperação do equilíbrio carga-geração, durante os distúrbios no sistema de distribuição, a frequência:
a) não pode exceder 66 Hz ou ser inferior a 56,5 Hz em condições extremas;
b) pode permanecer acima de 62 Hz por no máximo 30 (trinta) segundos e acima de 63,5 Hz por no máximo 10 (dez) segundos;
c) pode permanecer abaixo de 58,5 Hz por no máximo 10 (dez) segundos e abaixo de 57,5 Hz por no máximo 05 (cinco) segundos.”
Portanto, através da normativa prescrita pela ANEEL, nota-se que a frequência elétrica não deve apresentar grandes variações, seja em regime permanente, seja em regime transitório. Assim, é importante analisar os diferentes motivos que acarretam tais oscilações.
Primeiramente, qualquer tipo de perturbação nas redes elétricas leva à alteração na frequência do sistema, das quais destacam-se a variação de carga no sistema, a presença de cargas harmônicas e curto-circuitos.
Além disso, a relação entre demanda e geração é um importante fator no monitoramento da frequência elétrica. Isso porque, em situações de desequilíbrio entre carga e geração, há um aumento ou diminuição da frequência: quando a demanda de energia é maior que a fornecida pelo sistema de geração, há uma tendência de redução da frequência, enquanto o contrário provoca um aumento no seu valor. Tal questão está diretamente relacionada à forma como a energia é gerada, sobretudo em máquinas síncronas, nas quais a velocidade de rotação do rotor é diretamente proporcional à potência gerada e consumida.
Exemplo de variação de frequência em (P.U.). (Fonte: Yunus, 2019)
Por fim, com o desenvolvimento das energias renováveis, a geração distribuída representa um grande problema em relação ao controle da frequência, principalmente devido ao fluxo bidirecional nas redes de energia elétrica.
Esses fatores provocam oscilações transitórias e, a depender da sua intensidade, o sistema pode se tornar instável, apresentando uma variação contínua e desenfreada da frequência, o que leva à possíveis blackouts e danos aos diferentes equipamentos elétricos.
Logo, percebe-se que o controle da frequência deve ser realizado de modo a evitar excursões exacerbadas diante de qualquer intercorrência, promovendo o funcionamento adequado do sistema elétrico.
Referências:
Yunus, Shiddiq. (2019). Impacts of Grid Frequency Variation on Dynamic Performance of DFIG Based Wind Turbine. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 619. 012007. 10.1088/1757-899X/619/1/012007.
STEVENSON, William D. Elementos de Análise de Sistemas de Potência. 2.ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1986. 458p.
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