Classificação dos Sistemas de Rede de Distribuição de Energia Elétrica
O típico sistema de rede de energia elétrica é categorizado em três componentes principais: geração, transmissão e distribuição. A energia elétrica é produzida em usinas, que frequentemente estão localizadas longe dos centros de carga. Como resultado, as linhas de transmissão são utilizadas para entregar a energia sobre longas distâncias.
Para minimizar as perdas de transmissão, a energia de alta tensão é usada nas linhas de transmissão, e a tensão é reduzida no centro de carga. O sistema de distribuição então entrega essa energia aos usuários finais.
Tipos de Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica
O sistema de distribuição pode ser classificado com base em vários critérios:
Classificação pela Natureza do Suprimento
A energia elétrica existe em duas formas: CA e CC. O sistema de distribuição alinha-se com esses tipos. O sistema de distribuição CA é dividido ainda mais por nível de tensão:
A disposição típica do sistema de distribuição primário é ilustrada abaixo, mostrando seu papel na entrega de energia de alta tensão antes da conversão final de tensão.
O sistema de distribuição secundário entrega energia no nível de tensão de utilização. Começa onde o sistema de distribuição primário termina—geralmente em um transformador que reduz 11 kV para 415 V para distribuição direta a pequenos consumidores.
A maioria dos transformadores nesta etapa apresenta uma bobina primária conectada em delta e uma bobina secundária conectada em estrela, fornecendo um terminal neutro aterrado. Esta configuração permite que o sistema de distribuição secundário use uma configuração trifásica de quatro fios.
A disposição de uma rede de distribuição secundária é ilustrada abaixo, demonstrando como a tensão é adaptada para aplicações de usuário final.
Sistema de Distribuição CC
Embora a maioria das cargas do sistema de energia seja baseada em CA, certas aplicações exigem energia CC, necessitando o uso de um sistema de distribuição CC. Nesses casos, a energia CA gerada é convertida em CC via retificadores ou conversores rotativos. As principais aplicações para energia CC incluem sistemas de tração, motores CC, carregamento de baterias e eletreplatação.
O sistema de distribuição CC é categorizado por sua configuração de fiação:
Sistema de Distribuição CC de Dois Fios
Este sistema utiliza dois fios: um em potencial positivo (fio vivo) e o outro em potencial negativo ou zero. As cargas (como lâmpadas ou motores) são conectadas em paralelo entre os dois fios, adequado para dispositivos com configurações de dois terminais. Um esquema desta configuração é mostrado abaixo.
Sistema de Distribuição CC de Três Fios
Sistema de Distribuição CC de Três Fios
Este sistema emprega três fios: dois fios vivos e um fio neutro, oferecendo a vantagem principal de fornecer dois níveis de tensão. Suponha que os fios vivos estejam em +V e -V, com o neutro em potencial zero. Conectar uma carga entre um fio vivo e o neutro resulta em V volts, enquanto conectar entre os dois fios vivos fornece 2V volts.
Esta configuração permite que as cargas de alta tensão se conectem entre os fios vivos e as cargas de baixa tensão se conectem entre um fio vivo e o neutro. O diagrama de conexão para um sistema de distribuição CC de três fios é ilustrado abaixo.
Classificação do Sistema de Distribuição pelo Método de Conexão
O sistema de distribuição é categorizado em três tipos com base no método de conexão:
Sistema Radial
Em um sistema radial, alimentadores separados entregam energia de uma subestação a cada área, com a energia fluindo unidirecionalmente do alimentador ao distribuidor. Este design é simples e fácil de implementar, exigindo um investimento inicial menor em comparação com outros sistemas.
No entanto, sua confiabilidade é significativamente limitada: uma falha em um alimentador pode desligar todo o sistema que ele serve. A regulação de tensão também sofre para consumidores distantes do alimentador, pois as flutuações de carga causam variações de tensão mais pronunciadas. Por essas razões, os sistemas radiais são tipicamente usados apenas para distribuição de curtas distâncias a cargas localizadas perto do alimentador. Um diagrama de linha única do sistema radial é mostrado abaixo.
Sistema Anel Principal
Em um sistema anel principal, transformadores de distribuição são conectados em uma configuração de loop fechado, abastecidos por uma subestação de um extremo. Este design garante que cada transformador tenha duas vias distintas até a subestação, aumentando a redundância e a confiabilidade. Um diagrama de linha única do sistema anel principal é ilustrado abaixo.
Esta configuração pode ser comparada a dois alimentadores conectados em paralelo. Por exemplo, se ocorrer uma falha entre os pontos B e C, o segmento entre B e C será isolado do sistema, e a subestação poderá fornecer energia através de duas rotas alternativas.
Este design aumenta a confiabilidade do sistema, reduz as flutuações de tensão no extremo do consumidor e garante que cada segmento de loop carregue uma corrente menor—assim, exigindo menos material condutor em comparação com o sistema radial.
Sistema de Distribuição Interconectado
O sistema de distribuição interconectado apresenta um loop abastecido por múltiplas subestações em diferentes pontos, ganhando o nome de "sistema de distribuição em grade". Um diagrama de linha única deste sistema é ilustrado abaixo.
Como mostrado no diagrama acima, o loop ABCDEFGHA é abastecido por duas subestações nos pontos A e E. Esta configuração aumenta significativamente a confiabilidade do sistema em comparação com os sistemas anel principal e radial.
Embora o sistema interconectado tenha superior qualidade e eficiência de energia—até mesmo reduzindo a capacidade de reserva de energia—seu design é complexo e exige um investimento inicial maior devido à necessidade de múltiplas subestações.
Classificação dos Sistemas de Distribuição pelo Tipo de Construção
Sistema de Distribuição Subterrânea
Como o nome sugere, este sistema coloca os condutores sob ruas ou calçadas. Embora seja mais seguro do que os sistemas aéreos, ele incide em custos iniciais altos devido à escavação, conduítes, poços de visita e cabos especializados. Os cabos subterrâneos são menos propensos a falhas e oferecem benefícios estéticos (invisibilidade), mas a detecção e reparo de falhas são difíceis. Sua vida útil excede 50 anos.
Sistema de Distribuição Aérea
Os condutores são montados em postes de madeira, concreto ou aço neste setup convencional. Embora seja mais suscetível a falhas e riscos de segurança do que os sistemas subterrâneos, tem custos iniciais menores e maior flexibilidade para expansão de carga. O ar serve como meio de isolamento, eliminando a necessidade de cabos especiais e permitindo maior capacidade de condução de corrente. A instalação, localização de falhas e reparo são diretos, mantendo os custos de manutenção baixos—embora possa interferir com sistemas de comunicação. Sua vida útil é superior a 25 anos.
