Distribuição de Energia Elétrica
A energia elétrica é como o ar que você respira: Você realmente não pensa nele até perdê-lo. A energia está lá e satisfaz todas as nossas necessidades, constantemente. Só é durante uma falha no fornecimento de energia, quando você entra em um quarto escuro e instintivamente tenta ligar o interruptor, inultilmente, que você percebe como a eletricidade é importante em sua vida diária. Você a usa para aquecer, esfriar, cozinhar, refrigerar, iluminar, movimentar, computar, entreter... Sem ela a vida pode ser um pouco incômoda.
A energia viaja da usina para sua casa por um sistema surpreendente chamado de Sistema de Distribuição de Energia.
2. Tudo Começa na Usina
A energia elétrica inicia-se nas Usinas. Em quase todos casos as usinas consistem em um gerador elétrico girando. Algo tem que girar aquele gerador -- pode ser uma roda d'água em uma hidroelétrica, um motor diesel grande ou uma turbina a gás ou uma turbina a vapor. O vapor pode ser criado queimando carvão, óleo ou gás natural, o vapor pode vir de um reator nuclear.
Esquema de uma Usina Hidrelétrica
Esquema de uma Usina Termelétrica
Esquema de uma Usina Nuclear
Não importa o que gira o eixo do gerador, todos os geradores elétricos comerciais de qualquer tamanho geram o que é chamada de Corrente Alternada Trifásica (CA Trifásica). Entender a CA Trifásica, primeiro temos de entender a energia de uma única fase. A energia de uma única fase é o que você provavelmente tem em sua casa. Você provavelmente a conhece como energia elétrica monofásica e 127 volts CA (Corrente Alternada). Se você usar um osciloscópio e olhar a eletricidade da sua caixa de disjuntores de casa, o que você verá é a energia como uma onda de seno, e aquela onda oscila entre -170 volts e 170 volts (os cumes realmente estão em 170 volts; é a média (rms) da voltagem que é 127 volts). A taxa de oscilação para a onda de seno é 60 ciclos por segundo. A oscilação da energia é chamada geralmente de CA ou Corrente Alternada. A alternativa para CA é a CC, ou Corrente Contínua. Baterias produzem CC: um fluxo fixo de elétrons em uma só direção, do negativo para o término positivo da bateria.
CA tem quatro vantagens, pelo menos, sobre a CC em um Sistema de distribuição de energia::
Não há nada de especial ou mágico sobre a energia trifásica. Simplesmente é três únicas fases sincronizadas e defasadas em 120 graus.
Por que três fases? Por que nenhuma ou duas ou quatro? Uma grande vantagem da energia trifásica sobre a Monofásica (1 fase) ou a Bifásica (2 Fases) é o fato que, em qualquer determinado momento, uma das três fases está se aproximando do cume. Em monofásico e Bifásico há 120 momentos por segundo quando a onda(s) de seno cruza o zero volts. Motores trifásicos de alta voltagem (usados em aplicações industriais) e coisas como equipamentos de solda trifásicos por este motivo tem melhor rendimento. Quatro fases não melhorariam as coisas significativamente mas somaria um quarto fio, assim 3 fases são o ponto de ajuste natural.
E sobre a palavra " terra" mencionada acima? A companhia de energia usa a terra essencialmente como um dos fios no sistema de força. A terra é um satisfatório condutor e é enorme, assim faz um bom caminho de retorno para os elétrons. (Os fabricantes de carro fazem algo semelhante; eles usam o corpo de metal do carro como um dos fios do sistema elétrico do carro e prendem o polo negativo da bateria ao corpo do carro.] " Terra " no sistema de distribuição de energia é literalmente " a terra " ao redor de você quando você está caminhando fora de casa. É a sujeira, pedras, solo, etc., do planeta terra.
A energia trifásica deixa o gerador e entra em uma Subestação Elevadora de voltagem da usina. Esta subestação usa transformadores grandes para converter a voltagem do gerador (que está nos milhares de nível de volts) até voltagens extremamente altas para transmissão interurbana no sistema de transmissão. Aqui está uma subestação em uma usina:
Substação Elevadora de uma Usina Geradora de Eletricidade
Você pode ver na parte de trás algumas torres de três fios que deixam a subestação. Voltagens típicas para transmissão em longas distâncias estão entre 69,000 a 765,000 volts para reduzir as perdas nas linhas. Linhas de transmissão de alta-voltagem são bastante óbvias quando você as vê. Eles normalmente são feitas de torres de aço enormes como esta abaixo:
Todas as torres de energia sempre têm três fios para as três fases. Muitas torres, como a mostrada acima, têm fios extras que correm ao longo dos topos das torres. Estes são fios terra e estão lá principalmente em uma tentativa para atrair raios.
Para a energia ser útil em uma casa ou negócio, o sistema de transmissão é escalonado para baixo e transforma-se no sistema de distribuição. Isto pode acontecer em várias fases. O lugar onde a conversão de " transmissão " para " distribuição " acontece está em uma Subestação Abaixadora. Uma subestação abaixadora faz duas ou três coisas tipicamente:
Subestação Abaixadora
A caixa no primeiro plano é um grande transformador. A sua esquerda (e fora da armação mas mostrada na próxima foto) é a entrada de energia do sistema de transmissão e um jogo de interruptores para a energia que entra. A direita há um barramento de distribuição onde está mais três transformadores menores.
Aqui há uma vista das linhas de transmissão entrando na subestação e atravessando a torre de interrupção:
Aqui há uma vista da torre de interrupção e do transformador principal:
A energia vai do transformador para o barramento de distribuição:
Neste caso o barramento distribui energia para dois jogos separados de linhas de distribuição a duas voltagens diferentes. Os transformadores menores presos ao barramento estão diminuindo o valor de voltagem até a voltagem de linha padrão (normalmente 13,800 volts) para um conjunto de linhas, enquanto as linhas de energia na outra direção é alta voltagem do transformador principal. A energia deixa esta subestação em dois conjuntos de três fios, cada conjunto dirige-se a estrada em uma direções diferentes:
[Os fios entre estes dois postes são os fios para apoio - eles não levam nenhuma corrente. ]
Da próxima vez você estiver dirigindo em uma rua, você verá as linhas de força de uma maneira completamente diferente.
Postes do Sistema de Distribuição
Neste caso os três fios ao topo dos postes são os três fios para a energia trifásica (3 fases). O quarto fio abaixo nos postes é o fio terra. Em alguns casos haverá fios adicionais, tipicamente telefone ou televisão a cabo montados nos mesmos postes.
Como mencionado acima, esta subestação em particular produziu duas voltagens diferentes. Os fios de alta voltagem precisam de escalonamentos para baixo, e isso acontecerá freqüentemente em outras subestações ou em pequenos transformadores em algum lugar .
Você também achará bancos reguladores localizados ao longo das linhas. Eles regulam a voltagem na linha prevenindo baixa voltagem e condições de sobrevoltagem. Aqui há um banco de regulagem típico:
Acima, no topo, estão três interruptores que permitem desconectar este banco de regulagem para manutenção quando necessário:
Neste ponto nós temos voltagem típica de linha, algo como 13,800 volts que traspassam o bairro em três fios (com um quarto fio terra):
E finalmente nós chegamos a uma casa típica! Após um conjunto de postes com 2 redes: A Rede Primária (13800 volts) e a Rede Secundária (127 volts) e entre as duas, um pequeno transformador. Mas por que a Rede Secundária possui 4 fios? O quarto fio é o chamado Neutro.
Em muitos cidades, as linhas de distribuição são subterrâneas e há transformadores verdes encaixotados. Aqui há alguns detalhes do que está no poste:
O trabalho do transformador é reduzir os 13,800 volts da rede primária para os 127 volts da rede secundária, o qual o Padrão da casa será ligado.
Há duas coisas para notar na foto acima:
Os 220 volts entram em sua casa por um típico medidos de watthora de forma que a companhia distribuidora pode o cobrar por pôr tudo destes fios:
Atualizado em 05-Dez-2000.
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