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 N espiras submetida a um fluxo magnético sinusoidal de amplitude \Phi e frequência f. A fem induzida em cada fase, em valor eficaz, é dada por
E = 2\pi f \,\Phi\,N \,/ \sqrt{2}\,,
ou, de forma mais usual em projeto,
E = 4.44\,f\,\Phi\,N.
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 \Phi_\text{nom}, determinado pelo entreferro e pela corrente de campo;
– velocidade de rotação que estabelece a frequência elétrica f;
– número de espiras N 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.

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.).

Passo 5

Resumindo o processo de definição:
  1. calcula-se a fem síncrona pelo produto 4.44\,f\,\Phi\,N;
  2. ajusta-se o número de espiras e o enrolamento para ficar dentro das classes de isolamento e corona;
  3. escolhe-se um valor padrão de tensão para compatibilidade com a rede;
  4. 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=4.44\,f\,\Phi\,N, 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.

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