Transmissão de energia elétrica – transformadores e perdas ΔP = P²R/U²
TecnologiaEngenharia elétrica e segurançaIdades 17–18
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A eletricidade sai da usina, passa por um transformador elevador, uma linha de alta tensão e um transformador abaixador até chegar aos consumidores. Escolha uma tensão de transmissão de 22 kV, 110 kV, 220 kV ou 500 kV e arraste o comprimento da linha e a seção do fio para ver mudarem a resistência da linha R = ρL/S, a perda de potência ΔP = P²R/U² e o rendimento da transmissão; o fio fica vermelho quando a perda é grande. Um gráfico de barras que compara a perda nos quatro níveis de tensão mostra por que a energia precisa ser transmitida em alta tensão.
Aula: Estrutura do sistema elétrico: usinas, subestações, redes de transmissão e distribuição e perdas nas linhas
O que mostra
A energia elétrica vai das usinas aos consumidores por linhas longas cuja resistência R = ρL/S transforma parte da potência em calor. Para uma potência P fixa, a corrente é I = P/U, de modo que a perda ΔP = I²R = P²R/U² diminui com o quadrado da tensão. Por isso os transformadores elevam a tensão a centenas de quilovolts para a transmissão e a reduzem perto dos consumidores. O modelo compara quatro níveis, de 22 kV a 500 kV, condutores de alumínio ou cobre, e mostra também a queda de tensão ΔU = I·R e o rendimento H = (P − ΔP)/P.
Como usar
Comece em 220 kV com 100 MW e 200 km e leia a perda e o rendimento. Clique em 22 kV, 110 kV e 500 kV e compare as barras do gráfico. Mantendo uma tensão, dobre a Seção do fio ou mude o Material do fio para cobre, e compare a economia com a de elevar a tensão. Por fim, aumente a potência P e o Comprimento da linha L para ver quando o fio fica vermelho e a perda se torna inaceitável.
Parâmetros que você pode mudar
- Potência enviada pela usina 10–600 MW
- Tensão de transmissão 22 kV (rede de distribuição), 110 kV, 220 kV, 500 kV (linha longa inter-regional)
- Comprimento da linha 10–600 km
- Seção do fio 100–800 mm²
- Material do fio Alumínio com alma de aço CAA (ρ = 2,8·10⁻⁸ Ω·m), Cobre (ρ = 1,7·10⁻⁸ Ω·m)
Perguntas para explorar
- Com 100 MW e 200 km, quantas vezes menor é a perda em 220 kV do que em 110 kV, e por quê?
- Por que uma linha de 22 kV não consegue transmitir 100 MW por 200 km?
- O que reduz mais a perda, dobrar a seção do fio ou dobrar a tensão de transmissão, e em que fator?
