geracao distribuicao energia eletrica
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Eletrnica - REE III Eletrotcnica - Ensaios
Gerao e distribuio deenergia eltrica
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Gerao e distribuio de energia eltrica
SENAI-SP, 2003
Trabalho editorado pela Gerncia de Educao da Diretoria Tcnica do SENAI-SP, a partir dos contedosextrados da apostila SENAI-SP. DMD. Eletrotcnica - Ensaio. So Paulo, 1990 (Reparador deEquipamentos Eletrnicos III).
SENAI Servio Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento Regional de So PauloAv. Paulista, 1313 - Cerqueira CesarSo Paulo - SPCEP 01311-923
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Sumrio
Gerao e distribuio de energia eltrica - Apresentao 5
Gerao e distribuio de energia 7
Transformadores trifsicos 23
Referncias bibliogrficas 41
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Gerao e distribuio de energia eltrica Ensaios
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Gerao e distribuio de
energia eltrica
Apresentao
O objetivo que norteou a elaborao do material didtico Gerao e distribuio de
energia eltrica foi a apresentao de uma forma organizada, clara e objetiva, os
aspectos fundamentais da eletrnica e da eletrotcnica.
Esperamos que esse manual sirva como instrumento de apoio ao estudo de uma
matria essencial para se iniciam ao campo de eletrnica.
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Gerao e distribuio de
energia
Resumo
Usinas geradoras
A energia eltrica, produzida por meio de magnetismo, pode ser gerada em usinas
hidroeltricas, termoeltricas, termonucleares e elicas.
No Brasil, a energia eltrica fornecida em corrente alternada no sistema trifsico, na
freqncia de 60Hz.
O alternador que gera corrente alternada pelo sistema trifsico constitudo por trs
bobinas deslocadas de 120 (parte fixa) e por um eletroim (parte mvel).
Conforme o grfico a seguir, um ciclo completo da corrente alternada corresponde a
360 ou a uma volta completa do eletroim.
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Por isso, as trs correntes alternadas monofsicas produzidas por um alternador
trifsico esto defasadas entre si de 120 eltricos ou 1/3 do ciclo.
Valores de tenso (E)
Em qualquer momento, a soma dos valores negativos e positivos das tenses E1, E2 e
E3 de uma CA trifsica defasada de 120 ser sempre igual a zero.
Valores da intensidade da corrente ( I )
Numa corrente alternada trifsica, defasada de 120, o total da corrente eltrica que sai
do gerador igual ao total da corrente eltrica que entra no gerador.
Distribuio de energia
Para transportar a corrente alternada trifsica aos consumidores, podemos ligar oalternador de duas maneiras: em ligao em estrela (Y) ou em ligao em tringulo
( ).
Ligao em estrela
A ligao em estrela a ligao pela qual so unidos um dos extremos de cada fase
geradora.
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Pode-se fazer essa ligao com condutor neutro (4 fios) ou sem condutor neutro (3
fios).
Na ligao em estrela, a soma das trs tenses instantneas igual a zero.
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Tenso de fase e tenso de linha na ligao em estrela
Tenso de fase (Ef) na ligao em estrela a tenso medida entre os dois extremos de
cada bobina.
Calcula-se a tenso de fase com a seguinte frmula:
Ef= ,73,1
EL
Onde 1,73 = 3
Numa ligao em estrela, chama-se tenso de linha (EL) a tenso medida entre duas
fases da ligao, seja entre a fase I e a fase II, seja entre a fase I e a fase III ou ainda
entre a fase II e a III.
Calcula-se a tenso de linha com a seguinte frmula:
EL = Ef . 1,73
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Corrente de linha e corrente de fase na ligao em estrela
Numa ligao em estrela, corrente de linha aquela que se encontra em cada uma
das linhas.
Nesse tipo de ligao, a corrente de cada bobina chamada de corrente de fase. Veja,
na figura a seguir, como esto representadas as correntes de fase.
Na ligao em estrela, a corrente de linha igual corrente de fase (IL = If).
Potncia
A potncia total fornecida por um sistema trifsico ligado em estrela igual soma das
potncias das correntes alternadas das trs fases.
Como as fases esto deslocadas de 120, no possvel fazer sua soma matemtica.
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Assim, a potncia calculada pela seguinte frmula:P = 1,73 . EL . If . cos
Potncia aparente = 1,73 . EL . IfPotncia real = potncia aparente . cos
Ligao em tringulo
Temos uma ligao em tringulo quando o incio de cada um dos enrolamentos
ligado extremidades do outro de modo a formar graficamente um tringulo equiltero.
Tenso de fase e tenso de linha na ligao em tringulo
Numa ligao em tringulo, a tenso de fase (Ef) a tenso que se mede entre os dois
extremos de cada bobina.
Numa ligao em tringulo, tenso de linha (EL) a tenso que se mede entre
qualquer um dos pares de fases da ligao.
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A corrente de fase (I f) eqivale corrente de cada bobina.
Na ligao em tringulo, a corrente de linha calculada por meio da seguinte frmula:
IL = If . 1,73
Potncia
A potncia real fornecida por um sistema trifsico ligado em tringulo calculada da
mesma forma que a potncia fornecida por um sistema trifsico ligado em estrela:Pr= 1,73 . EL . IL . cos
Exerccios
1. Determine que rotao por minuto (rpm) um alternador trifsico com rotor de 4
plos deve ter para gerar uma freqncia de 60Hz.
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2. Qual a freqncia da tenso CA produzida por um gerador trifsico com rotor de 2
plos que gira a 3 000rpm? Utilize a frmula: f = .120
np
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3. Quantos plos deve ter um alternador trifsico, sabendo que para fornecer 60Hz de
freqncia sua rpm 1 200?
Utilize a frmula: P =n
120.f.
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4. Em um dado momento, a corrente que sai pela fase I de um gerador trifsico de
15A. Que correntes entram nas fases II e III, sabendo que as cargas so iguais?
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__________________________________________________________________
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5. Em um dado momento, um gerador trifsico apresenta duas tenses iguais de
-110V. Qual a tenso da outra fase para o mesmo instante?
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6. De que modo se ligam as fases de um gerador trifsico?
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7. Como chamada a tenso obtida nos extremos de cada fase?
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8. Qual a tenso de fase da ligao em estrela com 380V de tenso de linhas?
Em que pontos encontramos essa tenso?
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9. Por que no podemos somar as tenses de fase para determinar a tenso de
linha?
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10. Qual a caracterstica da corrente na ligao em estrela?
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11. Qual a corrente de fase em uma ligao em estrela com 5A de corrente de linha?
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12. Numa ligao estrela balanceada, a corrente de fase de 5A. Determine sua
potncia aparente sabendo que a tenso de linha de 380V.__________________________________________________________________
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13. Considerando cos = 0,8, calcule a potncia real da ligao apresentada acima.
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14. Como feita a ligao em tringulo?
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15. Por que a corrente no circula pelo circuito fechado formado pela ligao em
tringulo?
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16. No circuito a seguir, que ampermetros medem corrente de fase e que
ampermetros medem a corrente de linha.
17. Como possvel relacionar a tenso de fase com a tenso de linha na ligao emtringulo?
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18. Numa ligao em tringulo, a corrente de linha de 5,78A. Determine a corrente
das fases.
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19. Qual a corrente de linha de uma ligao em tringulo, se uma corrente de 10A
circula em cada uma de suas fases?
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20. Calcule a potncia real e aparente fornecida por um gerador ligado em tringulo,
sabendo que apresenta 380V de tenso de linha, 12A de corrente de linha e um
fator de potncia cos = 0,8.
21. Que corrente circula por um motor de 5kW, cos = 0,85, quando ligado a uma rede
de 380V?
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Ensaio 13
Verificao das tenses e correntes de fase e de linha na ligao em estrela
Na ligao em estrela, temos a tenso de fase (Ef), que a tenso entre dois extremos
das bobinas; a tenso de linha, que a tenso entre as duas fases.
Temos ainda a corrente de linha, ou seja, a corrente de cada uma das linhas; e a
corrente da fase, que a corrente de cada bobina.
Neste ensaio, sua tarefa ser verificar e comprovar a relao entre as tenses e as
correntes de fase e de linha de um circuito ligado em estrela.
Equipamento
Multmetro VOM ou digital
Ampermetro porttil CA 0-5A
Material necessrio
3 lmpadas incandescentes de 130V/60w com soquete
Fio para conexo
Prancha didtica
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Procedimento
1. Monte o circuito a seguir, utilizando em E1, E2, E3 trs lmpadas incandescentes de
130V com 60W cada uma.
2. Mea e anote a tenso de fase sobre E1, E2 e E3.
EE1 V EE2 V EE3 V
3. Mea e anote a tenso de entrada (tenso de linha) entre R,S e T.
ERS V EST V ERT V
4. A partir das tenses encontradas nos passos 2 e 3, comprove a relao 3 entre
a tenso de linha e tenso de fase. Para isso, aplique a seguinte frmula:
3E
E
f
L = 3 = 1,732
5. Desligue a rede trifsica.
6. Prepare o ampermetro de 0 a 5A CA para medir as correntes de fase. Consulte o
instrutor para saber se voc preparou corretamente o ampermetro.
7. Mea e anote as correntes de fase dos ramos:
IE1 A IE2 A IE3 A
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8. Com o mesmo ampermetro, mea a corrente de linha conforme a figura abaixo.
9. Compare as medidas de corrente de fase e corrente de linha. Que voc observou?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
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Ensaio 14
Verificao da tenses e correntes de fase e de linha na ligao em tringulo
Como na ligao em estrela, na ligao em tringulo medem-se tanto as tenses como
as correntes de fase e de linha.
No ensaio a ser realizado, voc dever determinar as relaes entre os valores das
tenses e das correntes de fase e de linha na ligao em tringulo.
Equipamento
Multmetro VOM ou digital Ampermetro porttil CA 0-5A
Material necessrio
6 lmpadas incandescentes de 130V/60W com soquete
Fios para conexo
Prancha didtica
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Procedimento
1. Com base no diagrama abaixo, monte o circuito em que cada carga formada por
duas lmpadas em srie.
2. Mea as correntes de fase atravs dos ramos E1, E2 e E3:
If1 A If2 A If3 A
3. Mea a corrente de linha nos extremos da associao:
ILR A ILS A ILT A
4. Confirme a relao 3 entre a corrente de linha e a corrente de fase aplicando a
frmula:
3I
I
f
L = 3 = 1,732
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Transformadores trifsicos
Resumo
Os transformadores trifsicos trabalham com trs fases, e cada fase contm duasbobinas, uma primria e uma secundria. As bobinas das trs fases devem ser
exatamente iguais.
Os transformadores podem ser ligados em estrela, em tringulo e em ziguezague.
Essas ligaes so executadas tanto no primrio quanto no secundrio.
As ligaes do primrio e do secundrio podem ser combinadas de vrias formas:
Em estrela no primrio e em estrela no secundrio;
Em tringulo no primrio e em tringulo no secundrio;
Em estrela no primrio e em tringulo no secundrio e vice-versa.
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Os transformadores dividem-se em dois grupos.
Grupo A
Quando a tenso do secundrio est em fase com a tenso do primrio;
Grupo B
Quando a tenso do secundrio est defasada em 30 da tenso do primrio.
Dois transformadores de grupos diferentes no podem ser ligados em paralelo.
Tipos de ligao de transformadores trifsicos do grupo A
DiagramaSmbolo e
denominao Enrolamento de maisalta tenso
Enrolamento de maisbaixa tenso
Relao detransformao(tenso entre
fases)
/
tringulo -
tringulo
EX = HX E.
NH
N
Y/Y
estrela -
estrela
EX = HX E.
NH
N
/
tringulo -
ziguezague
EX =2NH
3.E.N HX
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Tipos de ligao de transformadores trifsicos do grupo B
DiagramaSmbolo e
denominao Enrolamento de maisalta tenso Enrolamento de maisbaixa tenso
Relao detransformao
(tenso entrefases)
/Y
tringulo
estrela
EX = HX E.,73.
NH
N
Y/
estrela
tringulo
EX =3.NH
E.N HX
Y/
estrela
ziguezague
EX =2NH
3.E.N HX
Exerccios
1. Por que a energia eltrica gerada em CA?
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__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
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2. Assinale a alternativa correta.
A distribuio das tenses 0/220V se faz por:
( ) transformadores trifsicos
( ) transformadores monofsicos
A distribuio das tenses 27/220V se faz por:
( ) transformadores trifsicos
( ) transformadores monofsicos
3. Quais os tipos de ligaes internas possveis entre as trs fases de um
transformador trifsico?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
4. Na figura abaixo, identifique o primrio, o secundrio e o tipo de ligao em cada
grupo de bobinas.
5. Cite os tipos de combinaes possveis entre primrio e secundrio de umtransformador trifsico.
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6. Sublinhe as palavras que completam corretamente as afirmaes abaixo.
Para equilibrar as cargas entre as fases do secundrio usa-se a ligao em
estrela/em tringulo/em ziguezague.
Nos transformadores do grupo A, as tenses do secundrio esto defasadas/em
fase com as tenses do primrio.
Nos transformadores do grupo B, as tenses do secundrio esto defasadas/em
fase com as tenses do primrio.
Transformadores de grupos diferentes podem/no podem ser ligados em
paralelo/em srie.
7. Qual a tenso de sada de um transformador ligado em tringulo/estrela, sabendo
que o primrio alimentado com 220V e possui 5 mil espiras e que o secundrio
possui 500 espiras?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
8. Qual o nmero de espiras do secundrio de um transformador trifsico que fornece63,5V quando seu primrio de 800 espiras alimentado por 220V sendo ele ligado
em tringulo/tringulo?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Ensaio 15Montagem do banco de transformadores e verificao de sua potncia
A funo dos transformadores trifsicos abaixar ou elevar a tenso a nvel
compatveis com os sistemas trifsicos.
Atravs deste ensaio voc aprender como montar um banco de transformadores e
como verificar a sua potncia.
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Equipamento
Multmetro digital ou analgico
Ampermetro porttil CA 0-5A
Material necessrio
3 transformadores monofsicos 220V/0V 00VA
3 lmpadas de 0V/60W com soquete
Fios para ligao
Prancha didtica
Procedimento
1. Com o ohmmetro, identifique os enrolamentos de 27e220V dos transformadores,
marcando com H e H2 os terminais de 220V (resistncia mais alta) e X e X2 os
terminais de 27V (Resistncia mais baixa).
2. Monte o circuito abaixo.
3. Aplique no primrio (H
e H2) uma tenso de
0V.
4. Mea a tenso entre os pontos H2 X.
Observao
Se a tenso medida for maior que 0V (polaridade aditiva), a identificao dos
terminais H, H2 e X, X2 est correta. Contudo, se a tenso for menor que 0V
(polaridade subtrativa), inverta a identificao nos terminais X e X2.
5. Repita as operaes dos itens a 4 com os outros dois transformadores.
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6. Com os trs transformadores identificados, monte o banco de transformadores
ligados em tringulo/tringulo ( / ),conforme a figura abaixo.
7. Ligue ao secundrio do banco as lmpadas E, E2 e E3 de 30V/60W, conforme o
circuito abaixo.
8. Conecte o primrio do banco rede de 220V. Mea no secundrio as correntes que
circulam nas linhas e lmpadas, anotando seus valores.
IL = IE =
IL2 = IE2 =
IL3 = IE3 =
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9. Comprove a relao entre corrente de linha e corrente de fase. Para isso aplique a
frmula:
3.II fL =
10. Mea e anote a tenso no secundrio do banco.
EL L2 = EL L3 = EL2 L3 =
11. Com os valores obtidos, calcule a potncia dissipada pelas lmpadas e a potncia
fornecida pelo banco de transformadores. Para isso utilize as frmulas:
P = E . IE (potncia dissipada por uma lmpada)
P =Pt =
Pt = E . IL . 3 (potncia fornecida pelo banco)
Pt =
12. Desligue o banco de transformadores da rede e retire um dos transformadores.
13. Conforme o circuito abaixo, ligue, novamente, o banco de transformadores rede
trifsica.
4. Mea novamente as correntes de linha e as correntes das lmpadas.
IL = IE =
IL2 = IE2 =
IL3 = IE3 =
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5. Com os valores obtidos, calcule a potncia dissipada pelas lmpadas e a potncia
fornecida pelo banco de transformadores. Para isso utilize as frmulas:
P = E . IE (potncia dissipada por uma lmpada)
Pt = E . IL (potncia fornecida pelo banco)
P = PE =
6. Por que os resultados dos passos 11 e 15 diferem entre si?
Ensaio 16
Polarizao de bobinas de transformadores trifsicos
Um transformador trifsico eqivale a trs transformadores monofsicos montados em
um mesmo ncleo.
Por este ensaio voc ter oportunidade de polarizar corretamente as bobinas do
primrio e secundrio das trs fases de um transistor trifsico.
Equipamento
Multmetro digital ou analgico Ampermetro porttil CA 0- 5A
Material necessrio
Transformador trifsico 220V/2V + 2V
Fita crepe para identificao de terminais
Fios de ligao
Prancha didtica
Procedimento
1. Com o multmetro, identifique os enrolamentos do primrio e do secundrio do
transformador. Para tanto, faa a medio de sua resistncia.
Observao
Primrio: enrolamento de tenso mxima - resistncia mxima.
Secundrio: enrolamento de tenso mnima - resistncia mnima.
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2. Mantendo os terminais dos secundrios abertos, ligue o primrio em estrela e
alimente-o com 220V.
3. Mea as correntes de linha.
Observao
Nessas medidas voc poder encontrar duas situaes:
a. As trs correntes so iguais. Neste caso, o enrolamento est polarizado
corretamente. Passe, ento, ao passo 6.
b. As trs correntes so diferentes. quando um enrolamento invertido precisa ser
corrigido. Passe ao passo 4.
4. Desligue a alimentao do primrio e inverta os terminais da bobina A.
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5. Ligue outra vez o primrio e mea as correntes de linha e verifique se elas so
iguais. Agora pode acontecer que as trs correntes so iguais. Nesse caso, a
bobina da fase A que estava invertida. Porm, se forem diferentes, voc deve
retornar a bobina A posio original e inverter a bobina B, ou bobina C, at
conseguir que as trs correntes fiquem iguais.
6. Conforme o esquema abaixo, numere os terminais do primrio.
7. Alimente apenas uma das fases do primrio (fase A, B ou C) com uma tenso de0V.
8. Mea a tenso nos secundrios.
9. Identifique os secundrios referentes fase alimentada e ligue-os em srie aditiva.
Observao
Os secundrios da fase alimentada so os de tenso mxima. A srie ser aditiva
quando a tenso nos extremos da associao for o dobro da tenso do secundrio, e
deve permanecer em srie at o final da experincia.
10. Procedendo da mesma maneira como na fase A, identifique as outras duas fases
(B e C). Repita, pois as operaes dos passos 8 e 9.
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11. Siga o esquema abaixo e faa a ligao das sries aditivas em estrela.
12.Alimente o primrio, ligando em estrela, com 220VCA e mea as tenses de linha
no secundrio.
Observao
As tenses encontradas devero ter o mesmo valor. Caso os valores sejam diferentes,
uma das fases do secundrio est invertida. Para acert-la devem-se fazer tentativas
no sentido de inverter uma fase por vez e medir a tenso a cada inverso at encontrarvalores, o que indica que as fases esto ligadas corretamente.
13. Numere os terminais do secundrio conforme o esquema.
ObservaoVoc utilizar essas marcaes no ensaio a seguir.
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Ensaio 17
Execuo de ligaes de transformador trifsico e verificao da relao de
transformao
As ligaes internas entre as trs fases do transformador trifsico podem ser feitas em
estrela e em tringulo.
No ensaio proposto, voc far diversas combinaes de ligao no transformador e
aprender como verificar a relao de transformao nas combinaes dessas
ligaes.
Equipamento
Multiteste digital ou analgico Ampermetro porttil CA 0-5A
Material necessrio
Transformador trifsico 220V/2V + 2V
Cabos de ligao
Procedimento
1. Observe o esquema abaixo e faa a ligao Y/Y indicada.
2. Calcule a tenso de sada. Use para isso a frmula:
Ex = HH
x E.N
NEx =
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Onde:
NH = nmero de espiras do primrio.
NX = nmero de espiras do secundrio
3. Aplique tenso de 220V no enrolamento primrio.
Observao
a. Aplique tenso reduzida, por exemplo, 220V ou menos, se o transformador for de
tenso elevada (acima de 600V).
b. Aplique tenso nominal se o transformador for de baixa tenso (at 600V).
Precauo
Se ao aplicar tenso no transformador o ampermetro registrar corrente acima de A,desligue imediatamente o circuito, pois deve haver ligao errada.
4. Faa as leituras de XX2 - X X3 X2 X3.Anote os valores na coluna Y da tabela
abaixo. Os valores medidos devero ser iguais.
PrimrioTenso
Y
Xx
x2
Xx x3
Xx2 x3
5. Compare o valor calculado (passo 2) com os valores das medidas e escreva sua
concluso.
6. Faa a ligao Y/ , conforme o esquema abaixo.
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7. Usando a frmula que segue, calcule a tenso de sada:
Ex =3
E.
N
N H
H
X Ex =
8. Repita os passos 3, 4 e 5 e anote os valores na coluna Y da tabela abaixo.
PrimrioTenso
Y
Xx x2
Xx x3
Xx2 x3
Concluso:
9. Faa a ligao Y/YY conforme o esquema abaixo.
10.Atravs da frmula que segue, calcule a tenso de sada.
EX =H
X
N
2
N
. EH EX =
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11. Repita os passos 3, 4 e 5, anotando os dados na coluna Y da tabela abaixo.
PrimrioTenso
Y
EX X2
EX X3
EX2 X3
Concluso:
12. Faa a ligao Y/ conforme o esquema.
13. Calcule a tenso de sada pela frmula:
EX =3N
E2
N
H
HX
EX = __________________
14. Repita os passos 3, 4, 5, anotando os valores na coluna Y da tabela.
PrimrioTenso
Y
EX X2EX X3EX2 X3
Concluso:
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15. Refaa os ensaios desde o passo 4 com o primrio conectado em . Anote os
resultados na coluna .
Observao
A tenso a ser aplicada na ligao em tringulo deve ser igual aplicada na ligao
em estrela, dividida pela raiz de 3.
Assim sendo, temos:
V 3
Vn=
732,
220= 27V
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46.15.13.924-3
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