Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
TEMA: Distribuição eléctrica na FEUP
PROBLEMA: Como é feita a distribuição de energia eléctrica na
FEUP
ALUNOS: Ana Barros, João Carvalho, Maria Ribeiro, Miguel
Couto, Pedro Morim e Valter Costa.
MONITOR (A): Anabela Ribeiro
PROFESSOR COORDENADOR: Hélder Leite
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Índice
Listagem de imagens ... 3 Resumo ... 4 Produção de energia ... 5 Transporte de energia ... 7Mas como é feita a distribuição de energia eléctrica na FEUP? ... 8
Sumário Final ... 13
Constrangimentos ... 13
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Listagem de imagens
Figura 1: Central termoeléctrica convencional ... 5
Figura 2: Central hidroeléctrica ... 5
Figura 3: Aeorogerador ... 6
Figura 4: Painéis solares ... 6
Figura 5: Ligação em anel ... 9
Figura 6: Ligação em anel quebrada ... 10
Figura 7: Posto de transformação ... 10
Figura 8: Distribuição Radial ... 11
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Resumo
Antes da energia eléctrica chegar à FEUP, passa por três grandes processos: a produção, transporte e distribuição.
A energia é normalmente convertida em eléctrica através das centrais termoeléctricas (energia térmica), hidroeléctricas (energia hídrica) ou através dos aerogeradores (energia eólica) e dos painéis solares (energia solar).
Na fase do transporte, devido à distância compreendida entre as centrais de produção e o destino da energia, a corrente eléctrica tem de ser enviada a alta ou muito alta tensão para compensar as perdas resultantes, devido ao chamado efeito Joule (“a energia dissipada em forma de calor”).
Quando a energia chega ao posto de transformação 1 da FEUP, a corrente encontra-se em média tensão, devido à grande quantidade de energia que utilizamos. Na FEUP existem três postos de transformação os quais auferem entre si um sistema de distribuição fechado em anel. A principal vantagem deste tipo de sistema é a redundância do mesmo: se um posto de transformação falhar os outros não falham. No interior destas infra-estruturas, mais precisamente no transformador referente, ocorre a conversão da tensão, de média (15KV) para baixa (400V e 230v) de modo a que posteriormente seja distribuída pela faculdade para diferentes edifícios consoante o posto de transformação em questão.
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Produção de energia
A energia eléctrica, em Portugal, é principalmente produzida nas centrais termoeléctricas e hidroeléctricas. Para além destes processos de obtenção de energia eléctrica, pode-se obter a mesma através de aerogeradores e painéis solares.
Existem dois tipos de centrais termoeléctricas: as convencionais e as nucleares. Nas primeiras efectua - se a transformação de energia calorífica (através da combustão de fuel, carvão, etc.) em energia mecânica (rotação das turbinas) e, finalmente, desta em energia eléctrica (nos alternadores).
Figura 1: Central termoeléctrica convencional
As segundas não existem em Portugal.
Nas centrais hidroeléctricas, é o movimento da água nos rios que faz mover as pás da turbina, transmitindo a energia ao gerador de corrente eléctrica, que produz a
electricidade.
6 A energia eólica obtém-se através da transformação da energia mecânica, gerada pela rotação da hélice, em energia eléctrica.
Figura 3: Aeorogerador
A energia solar consiste no aproveitamento do calor absorvido pelos painéis solares.
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Transporte de energia
Após a produção, a energia precisa de ser transportada. As centrais
disponibilizam a energia a uma tensão1 de 20 a 25KV. Esta necessita de ser elevada para muito alta tensão (150KV ou 220KV) para que chegue ao consumidor na tensão
pretendida. Isto deve-se ao facto de durante o transporte existirem perdas de energia devido ao efeito de joule2. Portanto, para minimizar este efeito eleva-se a tensão diminuindo assim a corrente3, uma vez que a resistência4 é constante (U=R*I).
Após ser elevada nos transformadores elevadores, a energia é transportada até às subestações. Aqui é reduzida para alta tensão (60KV ou 110KV). É, novamente,
transportada até subestações, mas desta vez é reduzida para média tensão (15KV ou 30KV). A partir daqui a energia pode ser distribuída aos consumidores de média tensão, como industrias ou a FEUP, ou pode ser reduzida para baixa tensão (230V ou 400V) para os consumidores da mesma.
Diagrama 1 : Transporte de energia
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Tensão (U): diferença de potencial entre dois pontos, medida em Volts (V).
2 Efeito de joule (W): dissipação de calor por um condutor quando percorrido por corrente.W=RI2t
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Corrente (I): fluxo de electrões que percorre um condutor. A sua intensidade é medida em Amperes (A).
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Resistência (R): oposição que um dado material oferece à passagem de corrente eléctrica. É medida em Ohms (Ω).
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Mas como é feita a distribuição de energia eléctrica na FEUP?
A FEUP é uma instituição com grandes necessidades energéticas, tal como se pode concluir analisando os gráficos em baixo (valores aproximados).
Gráfico 1: Consumo energético em Julho 2009
Note-se que, embora a faculdade esteja aberta ao fim-de-semana, é nos dias úteis que o consumo de energia é mais elevado. Tal deve-se ao facto de ser de segunda a sexta que todos os departamentos funcionam e que o fluxo de alunos é maior.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 co n su m o (KW h ) Dias
Julho 2009
9 Gráfico 2: Consumo por hora em Julho 2009
De salientar, ainda, que o consumo é maior entre 10h e as 20h.
Considerando todo este consumo, é necessário que as perdas de energia sejam mínimas, tal como os gastos.
A faculdade recebe a energia em média tensão (15KV). Esta é recebida num dos três postos de transformação existentes (PT1). Os três postos estão ligados em anel como ilustra a figura.
Figura 5: Ligação em anel
0 5000 10000 15000 20000 25000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Co n sum o (K Wh ) Horas
Consumo por dia
10 Utiliza-se a distribuição em anel nos postos de transformação para garantir o constante funcionamento dos PT’s da FEUP, caso um se avarie ou uma ligação se rompa. Exemplo:
Figura 6: Ligação em anel quebrada
O PT1 recebe e energia proveniente de uma subestação em Paranhos.
11 Esta chega em linhas trifásicas (chegadas) em cabo subterrâneo. Em seguida, a energia segue para a cela de saída em média tensão e para a cela de protecção. A primeira tem a finalidade de alimentar os outros postos de transformação de forma a assegurar o funcionamento da rede em caso de avaria. Já na segunda a protecção é efectuada por disjuntores trifásicos que actuam sempre que há elevados curto-circuitos ou sobrecargas na rede. A energia vai da cela de protecção para a de transformação, onde se encontra o transformador de potência trifásico, que permitirá reduzir de média tensão para baixa tensão: o primário do transformador é alimentado por três
barramentos 5em média tensão; do secundário do transformador saem quatro
barramentos (três fases mais neutro), em baixa tensão, que irão ser ligados ao cabo que constituirá a rede de distribuição para os departamentos.
A partir de cada PT a energia é fornecida radialmente, ou seja, para alimentar cada departamento só existe um caminho, se este for interrompido o departamento fica sem energia.
Figura 8: Distribuição Radial
Já em cada departamento, para que não haja o perigo de danificar qualquer equipamento ligado à corrente, existe um dispositivo de protecção regulado para uma corrente máxima. Este dispara no momento em que a corrente ultrapassa o valor pré-definido. Esta medida de prevenção é necessária pois, considerando que I=U/R, em que R é constante, se a tensão for superior ao estimado a corrente também será e,
consequentemente, a potência6 fornecida ao equipamento será superior ao pretendido, podendo desta forma danificar o mesmo.
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Barramentos: Barras de cobre ou alumínio de secção geralmente rectangular.
12 Em suma, a distribuição de energia eléctrica na FEUP faz-se de acordo com a seguinte figura:
Figura 9: Distribuição dos PT’s e sinalização dos departamentos alimentados por cada posto
Analisando a figura anterior, é fácil concluir que cada PT alimenta os departamentos mais próximos. Tal disposição evita as perdas de energia, e, por conseguinte, a tensão que chega aos departamentos é praticamente a mesma que a que sai dos PT’s. Se a distância entre o posto e o departamento correspondente fosse maior, tendo em conta que a corrente diminui quanto maior for o cabo (devido à dissipação de calor) e que U=RI, a tensão também
diminuiria. Por sua vez, esta chegaria ao equipamento com o valor muito menor que o apropriado, podendo assim danificar o mesmo.
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Sumário Final
Este trabalho teve como objectivo responder à questão - problema: “Como é feita a distribuição de energia eléctrica na FEUP?”
Apesar de limitado, o trabalho apresentado responde minimamente ao problema proposto.
Foi possível concluir que a energia eléctrica chega à instituição em média tensão e que é já dentro desta que é transformada em baixa tensão permitindo a alimentação dos diferentes departamentos.
Esta transformação é operada nos postos de transformação existentes em número de três e ligados em anel de forma a que, em caso de avaria de um destes, os restantes funcionem suprindo as necessidades energéticas. A partir dos postos de transformação a energia eléctrica é distribuída radialmente.
Constrangimentos
O principal constrangimento sentido prendeu-se com a falta de conhecimentos básicos sobre os conteúdos científicos e técnicos subjacentes ao problema proposto. Este constrangimento teve consequências no desenvolvimento do trabalho, pois impediu um tratamento mais aprofundado da resposta ao problema.
A exiguidade de tempo constituiu outro constrangimento pois não permitiu superar as dificuldades mencionadas.
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Referências Bibliográficas
Livros:
1. José Matias. Sistemas Analógicos e Digitais. Lisboa: Didáctica Editora, 2006. 2. José Matias. Produção Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica. Lisboa:
Didáctica Editora, 1985.
Websites:
1. Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica. Visitado a 27 de Setembro de 2009. Disponibilizado por <www.prof2000.pt> através de <recursos> <recursos no prof2000> <todos os temas> <electricidade e electrónica> <1 Electricidade e Electrónica> <Apresentações electrónicas> <Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica>
2. Electricidade. Visitado a 2 de Outubro de 2009. Disponibilizado por <www.ren.pt> através de <Electricidade> <Sistema Eléctrico Nacional>
3. Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica. Visitado a 2 de Outubro de 2009. Disponibilizado por <www.anossaescola.com> através de <Pesquisa> <Produção, Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica> <A página do Agrupamento de Escolas>
4. Máquinas Eléctricas7. Visitado a 2 de Outubro de 2009. Disponibilizado por <www.forma-te.com> <Mediateca de Formação> <Mediateca de Formação> <Energia> <Máquinas Eléctricas favorito!>.
7
É necessário fazer o login para aceder a esta fonte de informação por esta via. No entanto, ela estará disponível por pesquisa no google por <powerpoint máquinas eléctricas> e corresponde ao terceiro link <(Microsoft PowerPoint - M\341quinas Aula-1.ppt)>
