Um sistema de energia elétrica é definido como uma rede de componentes elétricos usados para fornecer, transferir e consumir energia elétrica. O fornecimento é feito através de algum tipo de geração (por exemplo, uma usina de energia), a transferência é feita através de um sistema de transmissão (via linha de transmissão) e distribuição, e o consumo pode ser feito através de aplicações residenciais, como iluminação ou ar condicionado em sua casa, ou por meio de aplicações industriais, como a operação de grandes motores.
Um exemplo de um sistema de energia é a rede elétrica que fornece energia para casas e indústrias em uma área extensa. A rede elétrica pode ser amplamente dividida nos geradores que fornecem a energia, o sistema de transmissão que transporta a energia dos centros de geração aos centros de carga, e o sistema de distribuição que alimenta a energia para casas e indústrias próximas.
Sistemas de energia menores também são encontrados na indústria, hospitais, edifícios comerciais e residências. A maioria desses sistemas depende de energia AC trifásica — o padrão para transmissão e distribuição de energia em larga escala no mundo moderno.
Sistemas de energia especializados que nem sempre dependem de energia AC trifásica são encontrados em aeronaves, sistemas ferroviários elétricos, navios de cruzeiro, submarinos e automóveis.
As usinas de geração produzem energia elétrica em níveis de tensão baixa. Mantemos a tensão de geração em um nível baixo porque isso tem algumas vantagens específicas. A geração em baixa tensão cria menos estresses no armadura do alternador. Portanto, com a geração em baixa tensão, podemos construir um alternador menor com isolamento mais fino e leve.
Do ponto de vista de engenharia e design, alternadores menores são mais práticos. Não podemos transmitir essa energia de baixa tensão aos centros de carga.
A transmissão em baixa tensão causa mais perdas de cobre, regulagem de tensão pobre e custos de instalação do sistema de transmissão mais elevados. Para evitar essas três dificuldades, temos que elevar a tensão para um nível específico de alta tensão.
Não podemos aumentar a tensão do sistema além de um certo nível, pois além de um limite de tensão, o custo de isolamento aumenta enormemente e, para manter uma distância adequada do solo, os custos das estruturas de suporte da linha também aumentam abruptamente.
A tensão de transmissão depende da quantidade de energia a ser transmitida. A carga de impedância de surto é outro parâmetro que determina o nível de tensão do sistema para transmitir uma quantidade de energia.
Para elevar a tensão do sistema, usamos transformadores de elevação e suas proteções e arranjos operacionais associados na estação geradora. Chamamos isso de subestação de geração. No final da linha de transmissão, temos que reduzir a tensão de transmissão para um nível inferior para transmissão secundária e/ou fins de distribuição.
Aqui usamos transformadores de redução e suas proteções e arranjos operacionais associados. Isso é uma subestação de transmissão. Após a transmissão primária, a energia elétrica passa pela transmissão secundária ou distribuição primária. Após a transmissão secundária ou distribuição primária, novamente reduzimos a tensão para um nível desejado de baixa tensão para distribuir nas instalações do consumidor.
Essa foi a estrutura básica de um sistema de energia elétrica. Embora não tenhamos mencionado os detalhes de cada equipamento usado em um sistema de energia elétrica. Além dos três principais componentes alternador, transformador e linha de transmissão, há uma série de equipamentos associados.
Alguns desses equipamentos incluem disjuntor, protetor contra descargas atmosféricas, seccionador, transformador de corrente, transformador de tensão, transformador de tensão capacitivo, filtro de ondas, banco de capacitores, sistema de relé, arranjo de controle, aterramento da linha e equipamentos de subestação, etc.
Do ponto de vista econômico, sempre construímos uma usina geradora onde os recursos estão prontamente disponíveis. Os consumidores consomem energia elétrica, mas podem estar localizados em locais onde os recursos para produzir eletricidade não estão disponíveis.
Além disso, às vezes existem muitas outras restrições devido às quais não podemos construir uma usina geradora próxima a localidades densamente povoadas ou centros de carga.
Portanto, em vez disso, usamos uma fonte de geração externa e, em seguida, transmitimos essa energia gerada aos centros de carga através de uma linha de transmissão longa e de um sistema de distribuição.
Chamamos a disposição completa desde as usinas geradoras até os consumidores finais, para entregar eletricidade de forma eficiente e confiável, de sistema de energia elétrica.
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