Regulação de Tensão na Distribuição de Energia Elétrica

No projeto de uma rede de distribuição há sempre o cuidado de manter a tensão dentro de limites determinados. Como nos circuitos de distribuição a carga limite para a máxima queda de tensão é atingida bem antes da carga máxima limitada pelas condições térmicas do equipamento, os processos de regulação de tensão permitem utilizar, dentro dos limites máximos de variação de tensão, a folga existente nesses equipamentos, fazendo com que a expansão do sistema só seja cogitada ao atingir a plena utilização térmica da rede em operação.

Em um sistema de distribuição sem regulação, a tensão varia ao longo do dia, acompanhando as variações das carga conectadas aos circuitos, de maneira a se identificar:

• tensão mínima – ocorre na hora da carga máxima;
• tensão máxima – ocorre na hora da carga mínima.

Na Figura 1 é possível observar a flutuação da tensão, em conformidade com a variação da carga, sem que haja a ação de eventual processo de regulação. Pode-se verificar que a tensão máxima (V_máx) ocorre, quando da carga mínima, enquanto que a tensão mínima (V_min) ocorre, quando da carga máxima.

Figura 1 – Oscilação da tensão com a carga do sistema

Os processos de regulação de tensão são tanto mais eficazes, quanto melhor responder às variações da carga. As ações de regulação se refletem sobre dois aspectos:

• aumento da tensão mínima, recolocando-a no nível adequado;
• estreitamento da faixa de regulação da tensão (V_máx – V_min).

De uma forma geral, os processos de regulação de tensão podem ser classificados das seguintes maneiras [1]:

• pelo ponto de aplicação do processo de regulação sobre a rede de distribuição;
• pelo princípio de operação do equipamento regulador;
• pela qualidade da regulação de tensão obtida.

Os processos usuais de regulação se caracterizam por:

• troca de derivações nos transformadores de distribuição;
• troca de condutores;
• elevação fixa da tensão (boosters);
• regulação monitorada da tensão;
• controle de reativos (aplicação de bancos de capacitores shunt ou série).

A aplicação dos boosters, reguladores de tensão e capacitores série não está restrita à rede primária, havendo casos em que são encontrados na rede secundária. Tais aplicações são excepcionais, pois esses equipamentos, pelo maior custo de operação e manutenção, não devem ser disseminados nas redes secundárias dos diversos transformadores de distribuição ao longo de uma linha primária. É preferível concentrá-los em um só ponto comum, em geral na subestação alimentadora dessa linha primária [1].

Quanto ao princípio de operação, como a queda de tensão é igual ao produto da corrente de carga pela impedância, qualquer redução nessa impedância reduzirá a queda de tensão. Na troca de condutores, a redução da impedância é obtida instalando um novo condutor de seção maior que o anterior, com o qual haverá redução da resistência e da reatância. Com a instalação de capacitor série, consegue-se uma redução da impedância do circuito ao introduzir-se, em série com o mesmo, uma reatância capacitiva, que tende a neutralizar a reatância indutiva série presente no circuito.

Já no caso dos boosters e reguladores de tensão é introduzida uma tensão em série com a existente no ponto de aplicação desses equipamentos. Por outro lado, os capacitores shunt fornecem uma elevação fixa de tensão à custa da redução da corrente do circuito. Essa redução se deve à geração da carga reativa pelo capacitor, aliviando o circuito alimentador desse encargo.

Na troca de derivação dos transformadores de distribuição, a elevação da tensão secundária de saída é obtida pela redução do número de espiras. Essa redução é eficaz quando a tensão primária apresenta-se inferior à nominal, retornando-se ao valor desejado, após a troca da derivação.

Os processos de regulação que funcionam no princípio da elevação fixa, como a troca de derivações e os capacitores shunt não têm sensibilidade às variações da carga. Nos boosters, a tensão adicionada em série com a existente é fixa e, portanto, também este processo é insensível às variações de carga. Já os capacitores shunt só terão sensibilidade às variações de carga se forem automaticamente controlados por dispositivos sensíveis a essas variações que ligam e desligam, em todo ou em parte, o banco de capacitores de acordo com a carga reativa solicitada pelo circuito.

Os processos baseados na redução da queda de tensão através da redução da impedância do circuito são, evidentemente, sensíveis às variações da carga, uma vez que essa queda de tensão é função direta da corrente de carga. Quanto aos reguladores de tensão, seu funcionamento se baseia em adicionar em série com a existente uma tensão adicional (E_reg), a qual é ajustada, conforme as variações da carga, através de dispositivo que controla o regulador.

A seguir serão abordados os diversos tipos de reguladores, assim como o princípio de funcionamento de cada um deles.

REGULADORES DE TENSÃO

Como já mencionado, os reguladores de tensão adicionam em série com a tensão existente, em um determinado ponto da rede onde aplicado, uma tensão regulável. Na Figura 2, é ilustrada a ideia básica da ação do regulador de tensão sobre a rede, no ponto de aplicação.

Figura 2 – Ilustração da ação do regulador [1].

A tensão E_reg é variável com as condições de carga, de modo a fornecer o máximo reforço de tensão na hora da carga máxima, reduzindo na hora de carga mínima.

Todo regulador possui um enrolamento de excitação, ligado em paralelo com a linha, que produz a tensão série a adicionar na rede. A tensão é induzida no enrolamento série, cujo valor é variável com a carga, em estritos limites, através de um determinado comando. Na Figura 3 é ilustrado esse processo.

Figura 3 – Ilustração do regulador de tensão [1].

Os reguladores, também chamados de condicionadores de tensão de grande potência, podem ser classificados em três tipos [1]:

• de degraus (step voltage regulator);
• baseados em eletrônica de potência;
• variadores de escovas de deslocamento helicoidal;
• de indução (monofásicos ou trifásicos).

Os de degraus, comumente denominados “transformadores com derivações comutáveis por meio de comutador sob carga”, apresentam as seguintes características:

• as faixas de variação são estreitas;
• o ajuste é feito em degraus com pequenos transitórios de comutação;
• requerem ajustes muito frequentes;
• apresentam severo desgaste do comutador, o que resulta em grande incidência de manutenção e redução da disponibilidade do equipamento.

Por outro lado, nos baseados em eletrônica de potência, os recortadores a tiristores permitem grandes faixas de variação e ajuste contínuo da tensão, entretanto introduzem sérios problemas de harmônicos e ruídos elétricos na instalação e na rede.

Já os variadores de escovas de deslocamento helicoidal são utilizados em baixa tensão e têm como fator limitante a existência dos contatos deslizantes.

Todos os três equipamentos citados anteriormente apresentam sérias restrições a eventuais sobrecargas, além de serem muito susceptíveis a curtos-circuitos na saída.

Em contrapartida, os reguladores de indução apresentam grandes vantagens técnicas em relação aos anteriores, apesar de apresentarem preço ligeiramente superior para a mesma potência e faixa de variação. Na configuração trifásica, são similares às máquinas síncronas de rotor bobinado, constituindo-se em um transformador de campo rotativo e fase variável. Na configuração monofásica são idênticos a um transformador de acoplamento variável. Nesse tipo de regulador, uma adequada conexão entre enrolamentos do primário e secundário produz tensão variável na saída em função do ângulo relativo entre estator e rotor; dispensa o uso de contatos móveis como anéis coletores e escovas e o posicionamento entre rotor e estator é realizado por um simples sistema mecânico motorizado [2].

No regulador de indução monofásico, a tensão do enrolamento série está praticamente em fase com a tensão existente, variando de valor conforme a posição do rotor do regulador, conforme ilustrações contidas na Figura 4.

(a)

(b)

Figura 4 (a) – Ilustração dos enrolamentos do regulador e (b) – Detalhes do diagrama fasorial, indicando os pontos operacionais mais importantes [1].

No diagrama fasorial, os seguintes pontos operacionais importantes podem ser visualizados:

• máximo reforço na regulação – E_{reg, max} (E₂>E₁);
• ponto neutro – E_reg = 0 (E₂=E₁);
• máxima diminuição na regulação – E_{reg, min} (E₂<E₁).

No regulador de indução trifásico, em face de existir um fluxo magnético constante do campo girante devido aos enrolamentos de excitação, o módulo da tensão induzida nos enrolamentos série das fases não varia com a posição do rotor, variando apenas o ângulo de fase da mesma. Para um regulador ligado em delta, o ponto neutro se dá próximo ao ponto em que Ereg está a 90º em relação à tensão de excitação. Na Figura 5, são ilustradas as condições operacionais importantes.

(a)

(b)

Figura 5 – (a) Ilustração da ligação do regulador trifásico em delta e (b) – diagrama fasorial, indicando os pontos operacionais mais importantes [1].

Já o regulador de tensão em degraus é equivalente a um transformador em que o enrolamento secundário (série) é provido de grande número de derivações de pequeno intervalo de tensão. Este transformador é ligado como autotransformador, sendo a variação de tensão série E_reg feita através da posição do dispositivo de comutação de derivação mediante comando extra automático. O comando manobra o regulador no circuito conforme as solicitações da carga, sendo o dispositivo de comutação apto para operar a mudança com carga. Na Figura 6 são ilustrados os pontos operacionais mais importantes, assim caracterizados:

1. máximo reforço na regulação – E_{reg, max} (E₂>E₁);
2. ponto neutro – E_reg = 0 (E₂=E₁);
3. máxima diminuição na regulação – E_{reg, min} (E₂<E₁).

Figura 6 – Ilustração do regulador de tensão de degraus [1].

O intervalo entre as derivações chama-se degrau, sendo seu número comumente padronizado em:

• 32 degraus de 5/8% para o regulador de ±10%;
• 16 degraus de 5/8% para o regulador de ±5%.

O intervalo entre as derivações (degrau) é pois de valor constante de tensão: 5/8% da tensão de entrada.

Com o deslocamento do comutador de derivação ao longo das mesmas, a tensão E₂ de saída varia, conforme variação na tensão E_reg. Essa variação de E₂ se dá em módulo, mas não em ângulo, pois estando o enrolamento série ligado em série com o enrolamento de excitação as tensões nos mesmos estão na mesma direção.

Para fazer a comutação automática com carga no circuito é necessário um esquema mais elaborado, que utiliza um reator (ou resistor) preventivo. Na Figura 7 é ilustrada a passagem da derivação 4 para a 3.

(a)

(b)

(c)

Figura 7 – Ilustração da passagem de derivação – (a), (b) e (c) posições descritas adiante [1]

As posições ilustradas na Figura 7 se caracterizam da seguinte forma:

• (a) – posição 1, o contato de saída se encontra na derivação 4;
• (b) – posição 2, sinaliza o início da operação de comutação, parte b do comutador é ligada na derivação 3, introduzindo o reator preventivo no circuito;
• (c) – posição 3, a parte a do comutador se desliga do ponto 4 e se fecha sobre 3, pondo em curto o reator e restabelecendo as condições da posição 1, apenas agora com transferência para a derivação 3.

ESCOLHA DO REGULADOR A APLICAR

As análises para a escolha do regulador a aplicar passam pelas seguintes determinações:

• tipo (indução ou degraus);
• número de fases (monofásico ou trifásico);
• regulação percentual (limite de variação de tensão série);
• capacidade (tamanho físico do regulador em kVA).

A escolha do regulador e a especificação de suas características serão exemplificados adiante, em estudo de caso para correção de níveis de tensão.

No que se refere ao tipo, as vantagens e desvantagens dos reguladores de indução já foram abordadas anteriormente.

Quanto à quantidade de fases, em alguns casos é vantajoso usar três reguladores monofásicos ao invés de um trifásico para regular uma linha trifásica, pois:

• em caso de defeito há possibilidade de operação em V durante o período do reparo, com redução da carga regulada;
• se a carga se apresenta desequilibrada, não há possibilidade de obter tensões equilibradas no ponto de regulagem com um regulador trifásico que aumenta as três fases por igual;
• com reguladores monifásicos há necessidade de manter como reserva 33% da capacidade do banco, enquanto que usando regulador trifásico há necessidade de outra unidade igual (100% de reserva).

Para determinação da regulação percentual devem ser caracterizados os seguintes elementos:

• curva tensão-comprimento do circuito para a carga máxima;
• curva tensão-comprimento do circuito para a carga mínima;
• limites superior e inferior de variação permissível de tensão (para o exemplo em análise: ±5% = 6V na base 120V).

Na Figura 8 são ilustradas as curvas citadas para um caso específico [1].

Figura 8 – Ilustração de curvas tensão comprimento

Nota-se, no exemplo, que a partir do ponto “A”, próximo ao km 2, o circuito com carga máxima já tem ultrapassada a tensão mínima admissível (114V), chegando a atingir 110V no ponto extremo.

Um regulador colocado no ponto inicial do circuito deveria ter uma elevação de tensão à plena carga de, pelo menos, 114-110=4V, o que é plenamente admissível, pois a tensão de saída seria 120+4=124V.

Se for previsto um aumento de carga, o regulador pode ser ajustado para 6V de elevação e a nova linha de tensão será paralela a anterior.

A linha de operação com regulador durante a carga mínima vai depender do ponto de ajuste escolhido para o regulador. Escolhendo o ponto “A”, o regulador deverá manter sempre 120V e a linha de operação com carga mínima será obtida dando uma elevação de 2V no ponto inicial.

Observando a Figura 8, as linhas de operação com e sem regulador:

• no ponto final do circuito, a regulação de tensão era, sem regulador, (117-110)/110 = 6,3%;
• e com regulador, (118-116)/116 = 1,72%;
• a regulação percentual do regulador será a percentagem de elevação necessária, ou seja, (126-120)/120 = 5%, tendo o ponto de ajuste (A), equivalente, na curva a (120 V; 1,5 km).

Por outro lado, a capacidade do regulador define seu tamanho físico, sendo função da corrente de carga do circuito a regular (que circula no enrolamento série do regulador) e da regulação percentual escolhida. Na Figura 9, encontra-se ilustrado um caso de regulação a se analisar.

Figura 9 – Ilustração de caso de regulação sob análise [1].

Para o caso ilustrado se teria:

• N = capacidade do regulador;
• P = carga do circuito = ExI.

Nessas circunstâncias, N=E_reg x I, atendendo às formulações:

Assim, um circuito com carga de 2.000 kVA, se aplicados reguladores com 2,5%, 5%, 7,5% e 10% de regulação percentual, teriam capacidades respectivamente iguais a 50 kVA, 100kVA, 150 kVA e 200 kVA.

OPERAÇÃO DOS REGULADORES

O regulador poderia ser controlado manualmente, isto é, através de um operador que faria a tensão de saída subir ou descer, conforme as indicações de um voltímetro na linha. Entretanto, o regulador é manobrado através de um dispositivo de controle automático. Esse controle é feito através de um relé, chamado voltímetro de contato em duas direções: uma para a tensão baixa e outra para a tensão alta.

Como, geralmente, é escolhido um ponto ao longo do circuito para ajuste de tensão, não se liga o relé diretamente à indicação local de potencial, introduzindo antes desse relé, o compensador de queda de tensão, o qual é composto de resistência e reatância ajustáveis, recebe a corrente da linha através de um TC, conforme ilustração contida na Figura 10.

Figura 10 – Ilustração da operação dos reguladores [1].

Essa corrente sobre o ajuste de R e X previamente preparado produz uma queda de tensão igual àquela existente até o ponto de ajuste na linha, constituindo uma verdadeira imagem da mesma. Quando a queda de tensão é maior que a limite, o relé aciona os dispositivos de comutação de tal forma a efetivarem as passagens de derivação necessárias.

Um outro aspecto a ser observado é quanto ao uso de regulador em grupo ou individual. No primeiro caso, o regulador controla uma barra de onde derivam várias linhas. Este esquema só é utilizado quando há variações fortes na tensão de entrada e dá resultados razoáveis nos casos de linhas semelhantes, conforme ilustrado na Figura 11.

Figura 11 – Ilustração de regulador em grupo

No caso de linhas de comprimentos e cargas diferentes, o regulador de barra não se adapta, sendo melhor utilizar reguladores independentes, conforme ilustrado na Figura 12.

Figura 12 – Ilustração da regulação individual [1].

Uma outra opção seria a regulação mista, a qual representa uma combinação das duas mencionadas anteriormente, onde a barra é mantida sob tensão constante por um regulador e as linhas possuem reguladores individuais, conforme ilustração feita na Figura 13.

Figura 13 – Ilustração da regulação mista [1].

Esse ultimo tipo de regulação, embora mais caro, é o que mais se presta ao controle de tensão em uma subestação de distribuição.

A ESCOLHA DO CENTRO DE CARGAS

No planejamento do sistema elétrico, também é importante a preocupação com a escolha do centro de cargas, de onde vão demandar os alimentadores para suprir os diversos consumidores, em sua área de abrangência. Isso já representa uma contribuição significativa para a escolha dos processos de regulação que precisarão ainda ser adotados, otimizando os custos envolvidos.

Alguns aspectos essenciais devem ser considerados nesse planejamento:

• facilidade de acesso para linhas de subtransmissão (entradas) e linhas de distribuição (saídas) existentes e futuras;
• espaço para expansão;
• regras de uso e ocupação do solo;
• minimização do número de consumidores afetados por descontinuidade de serviço.

A localização geográfica da subestação deve ser criteriosamente estudada, buscando:

• evitar densidade habitacional;
• minimizar impactos ambientais, quando da construção e operação;
• avaliar custo de aquisição da área.

Nas Figuras 14 a 16 são ilustrados aspectos elétricos adicionais que precisam ser também considerados nesses estudos.

Figura 14 – Aspectos relacionados à confiabilidade no atendimento

Figura 15 – Aspectos relacionados à minimização das perdas envolvidas

Figura 16 – Aspectos relacionados à minimização das quedas de tensão

Esses estudos envolvem modelagens matemáticas e a aplicação de ferramentas computacionais específicas [3].

APLICAÇÃO DE CAPACITORES

Para evitar o transporte de energia reativa dos terminais de geração aos terminais da carga consumidora é necessária a instalação, nas proximidades destas, de fontes de energia reativa. Dessa forma, reduzem-se as perdas na transmissão desse bloco de energia e as quedas de tensão, resultando num melhor rendimento e desempenho do sistema elétrico.

Uma característica importante na determinação da qualidade da energia elétrica fornecida a uma carga é a avaliação do seu fator de potência (fp). Revisando esse conceito, considere [4]:

Portanto:

Na prática, o fator de potência de uma carga é muito importante. Em aplicações industriais, por exemplo, cargas podem requerer milhares de Watts para operar e o fator de potência afeta grandemente a conta de energia elétrica. Por  exemplo para P=100 KW, V_eficaz = 220 V e fp = 0,85 (ind), implica em:

Suponha que o fp seja aumentado para 0,92 (atrasado):

Analisando o lado da empresa supridora de energia, para alimentar uma carga de 100 kW:

Seriam necessários  5,7 kW (4,64%) a mais de potência para suprir a carga de menor fp. As concessionárias de energia encorajam um fp superior a 0,95 e impõem penalidades a grandes usuários industriais que não a cumpram. Observar, também, que uma menor corrente na rede implica, ainda, numa menor queda de tensão.

A melhoria do fator de potência seria obtida, através de uma impedância Z₁ em paralelo com a carga, implicando em uma impedância equivalente mais adequada:

A escolha de Z₁ deve seguir as seguintes premissas:

• absorver potência ativa igual a zero;
• Z_T tenha o fator de potência desejado, fp=FP.

A primeira condição requer que Z₁ seja puramente reativa (Z₁=jX₁). A segunda condição implica em:

As causas para baixos fatores de potência estão atreladas às seguintes características das cargas alimentadas [5]:

• motores de indução trabalhando em vazio, durante um longo período de operação;
• motores superdimensionados para as máquinas a eles acopladas;
• transformadores em operação em vazio ou em carga leve;
• grande número de reatores de baixo fator de potência suprindo lâmpadas de descarga (lâmpadas fluorescentes, a vapor de mercúrio, a vapor de sódio, etc);
• fornos a arco;
• fornos de indução eletromagnética;
• máquinas de solda a transformador;
• equipamentos eletrônicos;
• grande número de motores em operação, durante um longo período de tempo.

O baixo fator de potência implica em sanções impostas por órgãos reguladores. A resolução da ANEEL estabelece em 0,92 o valor mínimo para o fator de potência das cargas [6]. Para fatores inferiores é cobrado um adicional na fatura de energia elétrica.

Os princípios fundamentais que se baseiam a legislação são os seguintes [5]:

• necessidade de liberação da capacidade do sistema elétrico nacional;
• promoção do uso racional da energia;
• redução do consumo de energia reativa indutiva que provoca sobrecarga no sistema das empresas fornecedoras e concessionárias de energia elétrica;
• redução do consumo de energia reativa capacitiva nos períodos de carga leve que provoca elevação de tensão no sistema;
• criação de condições para que os custos de expansão do sistema elétrico nacional sejam distribuídos para a sociedade de forma mais justa.

Nesse contexto, o uso de capacitores de potência assume um papel fundamental no sistema elétrico, tanto por suas funções técnicas, beneficiando a qualidade da energia suprida, como pelo retorno econômico associado ao cumprimento das legislações vigentes e redução das perdas na transmissão da energia elétrica.

Revisando as suas características técnicas, os capacitores são equipamentos capazes de acumular eletricidade.  São constituídos basicamente de duas placas condutoras frontalmente em paralelo e separadas por um meio isolante, que pode ser o ar, papel, plástico, etc, conforme ilustrado na Figura 17.

Figura 17 – Ilustração de um capacitor.

Na Figura 17, o gerador G pode ser uma bateria ou um gerador de corrente contínua ou alternada. As placas paralelas são denominadas eletrodos. As linhas de fluxo entre as placas paralelas são imaginárias. O material isolante colocado entre as placas paralelas é denominado dielétrico. A energia eletrostática fica  acumulada entre as placas e, em menor intensidade na sua vizinhança. Se uma determinada quantidade de carga Q (Axs) representada por Q linhas de fluxo é transportada de uma placa para a outra, cuja área é S (m²), a densidade de carga elétrica no dielétrico é de [3]:

Se uma determinada tensão V (volts) é aplicada entre as placas paralelas separadas por uma distância d (m), a intensidade de campo elétrico pode ser determinada pela equação:

Todo capacitor é avaliado pela sua capacidade de armazenamento da carga elétrica no seu campo elétrico, e é dada por:

1 farad é a capacidade de carga elétrica de um capacitor, quando uma carga elétrica de 1 coulomb (6,25×10¹⁸ elétrons) é armazenada no meio dielétrico, sob a aplicação da tensão de 1 V entre os terminais das placas paralelas. Na prática, o farad é uma unidade muito grande, sendo necessário se utilizar os seus submúltiplos (mF, µF, nF e pF).

Quando os eletrodos de um capacitor são submetidos a uma tensão nos seus terminais, passa a circular no seu interior uma corrente de carga, o que faz com que uma determinada quantidade de energia se acumule no seu campo elétrico. A energia armazenada é expressa pela equação:

Onde:

• C – capacidade do capacitor, em F;
• V – tensão aplicada, em volts, valor de pico.

A corrente de carga do capacitor depende do valor da tensão aplicada em seus terminais. Elevando-se a tensão, eleva-se a carga acumulada. Se o capacitor está inicialmente em repouso e é aplicada uma tensão no instante t=0, a corrente de carga é dada por:

Onde:

• I – corrente inicial de carga no instante da energização;
• C_t – constante de tempo, em s;
• t – tempo em qualquer instante, em s;
• I_c – corrente no capacitor no instante t;

Na Figura 18, é ilustrada a curva de carga de um capacitor, quando de sua energização [7] e [8].

Figura 18 – Ilustração da curva de carga de um capacitor [7].

Os capacitores podem ser interligados em série ou em paralelo. A ligação em série não traz nenhuma vantagem prática, uma vez que a capacidade equivalente do conjunto é menor do que a menor capacidade dos elementos do conjunto, em consonância com suas equações equivalentes [4].

Na ligação série:

Na ligação paralela:

Construtivamente, os capacitores são constituídos das partes descritas adiante [5].

CAIXA: conhecida, também como carcaça, a caixa é o invólucro da parte ativa do capacitor. É confeccionada em chapa de aço com espessura adequada ao volume da célula. Compreende as seguintes sub partes:

• placa de identificação;
• isoladores;
• olhais para levantamento;
• alças ou suportes para fixação.

ARMADURA: é constituída de folhas de alumínio enroladas com o dielétrico, com espessuras compreendidas entre 3 e 6 µm e padrão de pureza de alta qualidade, a fim de manter em baixos níveis as perdas dielétricas e as capacitâncias nominais de projeto, conforme ilustração contida na Figura 19.

Figura 19 – Ilustração da armadura [5].

DIELÉTRICO: atualmente existem dois tipos básicos de capacitores quanto ao meio dielétrico:

• auto regenerável, é aquele cujo dielétrico é formado por uma fina camada de filme de polipropileno especial, associada muitas vezes, a uma camada de papel dielétrico (papel kraft) com cerca de 18 µm de espessura;
• impregnado, é construído por uma substância impregnante biodegradável com estrutura molecular constituída de carbono e hidrogênio (Ecóleo 200 – hidrocarboneto aromático sintético); além de não agredir o meio ambiente, como o ascarel anteriormente utilizado, este impregnante apresenta características físicas superiores ao seu antecessor.

RESISTORES DE DESCARGA: são componentes que evitam situações perigosas de contato com os terminais. Eles transformam em perdas Joule a energia armazenada, reduzindo para 5V o nível de tensão num tempo máximo de 1 min para capacitores de tensão nominal de até 660 V, e de 5 min para capacitores de tensão nominal superior. O dispositivo resistivo pode ser instalado interna ou externamente, sendo mais comum o interno, conforme ilustrado na Figura 20.

Figura 20 – Ilustração do resistor de descarga [5].

Na Figura 21, são apresentados diversos modelos de diferentes classes de tensão e capacidade de armazenamento de energia.

Figura 21 – Células capacitivas de alta tensão de diferentes potências [5].

Na Figura 22 são apresentadas células capacitivas interligadas em paralelo, formando um banco de capacitores.

Figura 22 – Banco de capacitores na classe de tensão de 13.8 kV [9].

Portanto, os capacitores se constituem em um sistema de geração de reativos indispensáveis para controle das tensões nas barras primárias das subestações de distribuição. Reduzem, também, as perdas na transmissão uma vez que geram a quantidade de reativos necessária aos equipamentos elétricos supridos.

TROCA DE CONDUTORES

A queda de tensão em uma dada rede é sempre um produto do tipo:  e=IxlxC, onde I= corrente de carga,   l = comprimento do trecho e C uma constante que depende do circuito, condutor e fator de potência da carga.

No caso de uma rede trifásica, C é dado pela expressão a seguir, onde r e x são a resistência e a reatância por unidade de comprimento do condutor.

Mantidas as mesmas condições de carga e de comprimento do circuito pode-se reduzir a queda de tensão, reduzindo os valores de r e x, conforme expressa a equação [1]:

Para isso, há a necessidade de aumentar a seção do condutor do circuito, procedendo-se a substituição do existente de seção menor. A eficácia maior ou menor deste método pode ser avaliada através do coeficiente C, conforme ilustrado na Tabela 1, onde são apresentados os valores de C para condutores de cobre, a 50 ^oC, 60 Hz e espaçamento equivalente de 75 cm, com fatores de potência 0,8 e 1,0.

Codutor	Fator C				Peso
AWG ou MCM	FP=1,0	Variação %	FP=0,8	Variação %	Kg/km	Variação %
6	1,48	100	1,43	100	118	100
4	0,95	64	1,00	70	192	163
2	0,60	40	0,71	50	305	260
1/0	0,38	26	0,53	37	490	415
2/0	0,30	20	0,46	32	616	525
3/0	0,24	16	0,40	28	775	660
4/0	0,19	13	0,36	25	975	830

Dos valores constantes da Tabela 1, pode ser verificado que a variação no coeficiente C é mais forte com fator de potência unitário. Por outro lado, aumentar a seção do condutor para melhorar a regulação de tensão leva a grandes aumentos no peso: Por exemplo, a mudança do No 6 para o No 2 AWG, com FP=1,0 leva à redução de 60 %, mas a um aumento de 160% no peso. Portanto, a solução só deve ser cogitada quando já houver sido atingido o limite térmico do condutor.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Verifica-se, portanto, que a manutenção dos níveis adequados das tensões disponibilizadas aos consumidores de energia elétrica é um desafio permanente para as empresas concessionárias. Diversas técnicas comumente utilizadas na regulação da tensão foram analisadas, as quais são exaustivamente postas em prática, de tal forma que a expansão do sistema só seja cogitada ao atingir a plena utilização térmica da rede em operação. Tal estratégia permite evitar construções onerosas, resguardando os interesses sociais e ambientais.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Melo J.C.P. Distribuição de Energia Elétrica. Apostila. UFPE/DEE. 2005.

[2] Chabu I. E. e Cardoso J. R. O Regulador de Indução como Elemento Contribuinte para o Aumento da Qualidade da Energia Elétrica em Sistemas Industriais. XVI Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica. Campinas/SP. 2001.

[3] Breda G. R. e Mestria M. Expansão Otimizada e Sustentável de Uma Rede de Distribuição Elétrica Utilizando Métodos Heurísticos. XL Encontro Nacional de Engenharia de Produção. Foz do Iguaçu, PR. outubro/2020.

[4] D. E. Johnson, J. L. Hulburn, and J. R. Johnson. Fundamentos de Análise de Circuitos Elétricos. LTC Editora. 2001.

[5] Mamede, J. Instalações Elétricas Industriais. LTC Editora. 2017.

[6] ANEEL. Anexo VIII da Resolução Normativa Nº 956, de 7 de dezembro 2021. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – Prodist. Módulo 8 – Qualidade do Fornecimento de Energia Elétrica

[7] D’Ajuz, Ary. Transitórios Elétricos e Coordenação de Isolamento. Universidade Federal Fluminense, Editora Universitária. 1987.

[8] Bezerra J. M. B. Apostila de Práticas no Uso do ATP. UFPE/DEE. 2015.

[9] Silva C. A. O., Araújo K. L., Silva P. E. S. Relatório de Visitas Técnicas. Disciplina Distribuição de Energia Elétrica. UFPE. 2019.