Distribuição de energia elétrica

Desde a usina geradora de energia elétrica até sua casa, a eletricidade passa por vários processos para conseguir atravessar milhares de quilômetros. Independentemente do tipo de usina, em geral, a energia nasce da rotação de um gerador (o que difere as usinas é o que move o gerador, que pode ser o movimento de uma queda d’água (hidrelétrica), força do vento (eólica), movimentação de vapor d’água gerado pela evaporação de água devido ao seu aquecimento pela fissão nuclear (nuclear), etc.

Gerador é um dispositivo utilizado para a conversão da energia mecânica, química ou outra forma de energia em energia elétrica. Nele existe o dínamo: aparelho que gera corrente contínua (CC), convertendo energia mecânica em elétrica, através de indução eletromagnética. É constituído por um ímã e uma bobina. A energia mecânica faz girar um eixo no qual se encontra o ímã, fazendo alternar os polos norte e sul na bobina e por indução (Lei de Faraday) geram uma tensão nos terminais do mesmo, e consequentemente energia elétrica e campo magnético. Posteriormente, essa corrente contínua é transformada em corrente alternada por um alternador.

Para cada usina hidrelétrica existe um determinado número de conjuntos de máquinas que é estabelecido de acordo com o tipo e disposição das turbinas/geradores existentes em uma determinada usina – cada máquina é definida como um conjunto turbina/gerador. As turbinas hidráulicas podem são classificadas como:

turbinas de ação (Pelton) – transformam a energia cinética de um fluido em energia mecânica (adequadas para alturas acima de 350 metros)
turbinas de reação (Francis e Kaplan) – trabalham submersas e aproveitam a energia cinética e de pressão do fluido para obter energia mecânica (a francis tem maior eficiência para alturas entre 40 e 400 metros e a Kaplan entre 20 e 50 metros)

Diagrama de um sistema de distribuição de energia elétrica (adaptado de Celesc). Os anéis de porcelana nos fios próximos aos postes são isoladores elétricos, colocados nas regiões de conexão entre fios para evitar a ionização do ar e ocorrência de arco voltaico.

1) Subestações: A energia sai da usina direto para uma subestação de transmissão, onde ela passa por um transformador. Esse equipamento tem a propriedade de mudar (ou transformar) a tensão elétrica para mais ou para menos. Aqui, ele faz a tensão subir dos 6 600 volts com que sai da usina para 500, 345 ou 230 mil volts. A partir do momento em que uma subestação é reparada, milhares de consumidores voltam a ter energia imediatamente.

As subestações podem ser a céu aberto (devem funcionar em condições atmosféricas adversas), em interiores (equipamentos são colocados no interior de construções) e blindadas (equipamentos são completamente protegidos e isolados em óleo, material sólido ou gás). Veja esse vídeo de como é formada uma subestação:

É mais eficiente transmitir a eletricidade para longas distâncias usando alta tensão. Considere que potência é a tensão multiplicada pela corrente. A corrente elétrica tem um gasto maior do que aumentar a diferença de potencial (tensão), pois precisa de fios mais grossos (mais cobre) para passar uma corrente maior. Além disso, a corrente passando pelo fio gera perdas por calor (efeito Joule). Depois de transmitida, sua tensão é reduzida por segurança para uso doméstico.

2) Redes de distribuição principal ou Alimentadores: a eletricidade segue seu caminho para as cidades por uma rede de alta tensão. Viajando por centenas de quilômetros de fios, parte da energia é perdida sob a forma de calor e a tensão cai. É para compensar a queda de tensão que a eletricidade sai da subestação anterior em altíssima voltagem. Próximo às cidades, há subestações de distribuição, onde a tensão é rebaixada primeiro para 69 ou 138 mil volts (alta tensão, AT) e, em seguida, em outro transformador, para 34 500 ou 13 800 volts (média tensão, MT). É nessa tensão que a energia é encaminhada para as casas, mas parte dela segue para indústrias antes do segundo rebaixamento.

Cada subestação é formada de um conjunto de alimentadores. Quando ocorre alguma falha no fornecimento de energia, é possível identificar qual alimentador está relacionado com aquela falha, e dessa forma rastrear de onde vem o problema para resolvê-lo.

As indústrias consomem quase metade da energia produzida no Brasil. A maior parte do consumo está concentrada em empresas de grande porte, que recebem a eletricidade em 138 mil volts. Geralmente, elas têm suas próprias subestações, com transformadores que alteram a tensão elétrica conforme a necessidade.

3) Redes de distribuição secundária: são as redes que distribuem energia para dezenas de unidades consumidoras. A distribuição para residências é dividida em regiões. Cada circuito de 13 800 volts que sai da subestação atende de 5 mil a 10 mil lares. Entre a subestação e as casas, esse circuito passa por mais um transformador, instalado em um poste, e a tensão finalmente cai para os conhecidos 110 e 220 volts.

Nos postes, os três fios que ficam na parte de cima são os de média tensão, que alimentam os transformadores. Os quatro fios que vão embaixo são de baixa tensão e saem dos transformadores para alimentação das casas: são três fases e um neutro. A tensão entre fases é 220 Volts e entre uma fase e o neutro é 127 Volts (que geralmente chamamos de 110 Volts). Por isso, cada casa que utiliza tensão em 127 Volts recebe a entrada somente de uma fase mais o neutro. A ligação 220 V nesses casos é feita com duas fases. Veja mais como fazer instalações elétrica em casa no link Instalações elétricas, fiação e aparelhos.

4) Unidades Consumidoras: residências, comércio e pequenas fábricas. Antes de chegar às tomadas da sua casa, contudo, a energia ainda passa por um quadro de luz, onde fica o “relógio”, equipamento instalado pela fornecedora de energia para medir o consumo mensal em cada lar.

Toda esta viagem da energia elétrica enfim se completa quando você conecta alguma coisa na tomada ou liga o interruptor, “fechando o circuito” da eletricidade. Aí, quanto maior a potência do seu equipamento, mais carga ele puxa da rede elétrica. Para entender melhor essa parte da eletricidade do poste até a tomada, veja o vídeo a seguir:

Esse vídeo faz parte de uma série francesa sobre eletricidade. Você pode ver todos os episódios clicando nesse link: Viagem na Eletricidade em Português (os 26 vídeos da coleção).

As empresas distribuidoras de energia costumam preparar e disponibilizar material de instruções gerais de baixa tensão (como a Enel). O objetivo é divulgar o conhecimento das condições mínimas de segurança e padrões técnicos no fornecimento de eletricidade, como ligação aérea/subterrânea (individual e coletiva), quadros de distribuição, aterramento e dispositivos de proteção, assim como desenhos de padrões e montagens construtivas – veja esse exemplo da AES Eletropaulo.

A primeira patente de tomada foi dos EUA, sendo que alguns países seguiram seu modelo, mas depois veio outro padrão na Europa e começaram a surgir novos padrões, muitas vezes únicos para cada país. Veja nesse link os plugues de tomada usados no mundo.

Para entender melhor como é e como fazer a distribuição de energia elétrica dentro da sua casa, consulte o Manual de instalações elétricas residenciais, disponível no link. Ele é baseado em normas para explicar como deve ser planejada e organizada a parte elétrica da casa, desde o quadro geral de distribuição e aterramento até a instalação de tomadas e a potência de lâmpadas em função da área dos cômodos.

Queda de energia

As faltas de energia mais críticas (quando acontecem tempestades e vendavais, por exemplo) que afetam subestações e redes de distribuição principais (alimentadores), são percebidas automaticamente pelo sistema supervisor da concessionária de energia elétrica (Bandeirantes, Coelce, etc, que possui a titularidade do serviço público e autonomia de gestão). Nesse momento, são iniciadas, nos Centros de Operação, pelos operadores do sistema, as primeiras ações para solução das ocorrências e o despacho de equipes para resolver os problemas em campo.

Alguns consumidores podem ter falta de energia por um período maior do que outros. Isso acontece porque os trabalhos envolvidos no restabelecimento seguem uma ordem de criticidade e prioridade: primeiro a concessionária elimina qualquer risco que venha a existir a terceiros; em seguida, são checadas e reparadas as subestações, redes de distribuição principais, redes de distribuição secundárias e, por último, os casos individuais. Ou seja, a verificação das redes de distribuição consiste em percorrer o sistema para identificar o problema.

Fontes