Actividades
fisica.uc.pt

 
 a turbina
 gerador
 alta tensão
 motor.trifásico
 


mini-hídricas e aerogeradores
geração de energia trifásica
O transporte de energia eléctrica em alta tensão

A energia eléctrica é primeiramente convertida em campos eléctricos muito intensos por transformadores de alta tensão situados junto à central. Esses campos propagam-se então ao longo de centenas de km de cabos na forma de uma onda electromagnética de grande amplitude, à velocidade da luz, desde a central geradora até ao ponto onde essa energia vai ser utilizada, após ter sido convertida em energia eléctrica de baixa tensão.

O facto de a corrente ser variável permite que possam ser utilizados transformadores para elevar ou baixar a tensão eléctrica. Isso permite que a energia possa ser convertida em muito alta tensão antes de ser introduzida nos cabos que a hão-de levar a um ponto distante, que pode estar à distância de centenas ou milhares de km.



A principal perda de energia ocorre por aquecimento dos cabos, devido à corrente. Se a resistência eléctrica de cada km de cabo for R, a potência dissipada é, pela lei de Joule,



Se a potência transmitida (i.e. a energia transmitida por segundo) através dos cabos for P, e a tensão entre os cabos for V, então visto que a potência é P=VI, aumentando a tensão ocorre uma correspondente redução da corrente. Conclui-se assim que a energia perdida por km de cabo e por segundo é



(N.B. V é a diferença efectiva entre as tensões dos cabos, não deve ser confundida com a queda de tensão ao longo do cabo, que é comparativamente desprezável).

É por esta razão que a tensão eléctrica é previamente aumentada para valores muito elevados, que podem chegar em alguns casos a muitas centenas de KV. A tensão não pode porém ultrapassar cerca de 1 MV, pois acima desses valores passa a ser significativo o número de descargas através do ar (efeito de corona). A utilização de cabos aos pares reduz este efeito.

As linhas de maior potência, ao longo de milhares km, entre países, e as linhas submarinas transportam corrente contínua, pois nessas o efeito de corona é menor, devido à aglomeração de cargas ao redor dos cabos (é como se o cabo ficasse mais grosso). Nesses casos é necessário rectificar a corrente e vice versa de cada lado do cabo.

Para reduzir a perda de energia é necessário que os cabos sejam bons condutores (para que R seja pequeno). O cabos de alta tensão são geralmente de ligas de alumínio (é quase tão bom condutor como o cobre, mas é mais leve e mais barato).

Os cabos mais grossos têm um diâmetro de cerca de 3 cm. Não se justifica terem diâmetro mais elevado, pois correntes alternadas com 50Hz ocorrem apenas à superfície dos condutores, numa camada inferior a 1.5 cm de espessura (efeito pelicular).

A condutividade do alumínio é cerca de σ=3.77x107 mho, sendo a espessura pelicular δ=8mm a 50 Hz. A resistência por km de cabo (com raio a=3/2 cm) é pois
.
Se num cabo passar uma potência de 600MW e a tensão for de 500 kV, então perdem-se por km cerca de 50 kW, por aquecimento. Num percurso de 400 km a perda será cerca de 20MW!. Mas se considerada em relação à potência transmitida é apenas 3.3%. As perdas nas linhas de transporte podem chegar aos 10%.

Para uma discussão mais detalhada acerca do transporte de energia eléctrica em muito alta tensão consulte p.ex. o artigo ←.

As linhas de alta tensão têm geralmente três cabos, correspondentes às três fases do gerador (o cabo que corre por cima protege das trovoadas).


a transmissão de energia eléctrica trifásica



No modelo didáctico que foi construido faz-se uma separação clara entre as bobinas do gerador e os fios que ligam as lâmpadas e o pequeno motor trifásico. Entre uns e outros colocou-se uma linha de transmissão com três fios condutores.

O arranjo anterior permite perceber como é que as correntes podem ser usadas quer em conjunto (corrente trifásica) ou na forma de corrente monofásica a partir da ligação em triângulo das três fases iniciais.

Na imagem é possível ver no monitor do osciloscópio a forma oscilatória das correntes alternadas e constatar como existe realmente entre elas uma diferença de fase de 120 graus.
© Departamento de Física 2007 - 2020 • in_situ • .oOzone