Faça um arrazoado de como se define a tensão nominal de um gerador hidrelétrico?
Passo 1
Vamos entender o que a questão pede: ela quer saber como se estabelece a tensão nominal de um gerador hidrelétrico. O conteúdo envolve princípios de máquinas elétricas – em especial a lei de Faraday para indução e critérios de projeto de enrolamentos e isolamento.
Passo 2
Partimos da lei de Faraday para uma bobina com
espiras submetida a um fluxo magnético sinusoidal de amplitude
e frequência
. A fem induzida em cada fase, em valor eficaz, é dada por
ou, de forma mais usual em projeto,
Esse é o valor de tensão que o enrolamento entregaria sem carga (tensão a vazio).
Passo 3
Para definir a tensão nominal, fixam-se as condições de operação padronizadas:
– fluxo magnético nominal , determinado pelo entreferro e pela corrente de campo;
– velocidade de rotação que estabelece a frequência elétrica ;
– número de espiras projetadas para suportar a tensão e as correntes sem exceder o isolamento.
Sob essas condições, a tensão gerada a vazio é ajustada, via regulador automático de tensão (AVR), para assumir um valor síncrono estável chamado de tensão nominal.
– fluxo magnético nominal
– velocidade de rotação que estabelece a frequência elétrica
– número de espiras
Sob essas condições, a tensão gerada a vazio é ajustada, via regulador automático de tensão (AVR), para assumir um valor síncrono estável chamado de tensão nominal.
Passo 4
Além da lei de Faraday, esse valor é limitado por requisitos de projeto:
– Isolamento elétrico: espessura e classe térmica do material definem a máxima tensão entre fases ou fase-terra.
– Efeitos de corona: tensões acima de certos patamares (tipicamente acima de 15–20 kV) exigem geometria especial nos condutores.
– Padrões de conexão à rede: a tensão nominal deve coincidir com as tensões padronizadas de subestação ou linhas de transmissão (por exemplo, 11 kV, 13,8 kV, 15 kV, 23 kV etc.).
– Isolamento elétrico: espessura e classe térmica do material definem a máxima tensão entre fases ou fase-terra.
– Efeitos de corona: tensões acima de certos patamares (tipicamente acima de 15–20 kV) exigem geometria especial nos condutores.
– Padrões de conexão à rede: a tensão nominal deve coincidir com as tensões padronizadas de subestação ou linhas de transmissão (por exemplo, 11 kV, 13,8 kV, 15 kV, 23 kV etc.).
Passo 5
Resumindo o processo de definição:
- calcula-se a fem síncrona pelo produto
; - ajusta-se o número de espiras e o enrolamento para ficar dentro das classes de isolamento e corona;
- escolhe-se um valor padrão de tensão para compatibilidade com a rede;
- finaliza-se a calibração do AVR para manter essa tensão sob variações de carga.
Resposta
A tensão nominal de um gerador hidrelétrico é o valor eficaz que a fase entrega sob condições padronizadas de fluxo, velocidade e carga, obtido pela lei de Faraday
, e limitado pelos critérios de isolamento, corona e pelos níveis de tensões padronizadas da rede, sendo mantida em operação por meio do regulador automático de tensão.