POSTO DE TRANSFORMAÇÃO DA FEUP

Como se faz a distribuição de energia
eléctrica na FEUP?
COMO É FEITA A DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DENTRO DA
FEUP
Análise Detalhada e Estudo Sobre Funcionamento
Geral Da Rede Eléctrica Da Feup
Equipa 319
João Pedro Jacob Ramos
João Gonçalo Araújo Ribeiro
João André Antunes de Pinho Simões Dionísio
José António Morais Trigo Barbosa
Marta Neves Madureira Rolo
Paula Leite Sousa Lé
Relatório de Projecto Submetido Para Avaliação Da Cadeira De
Projecto Feup
Monitor(a): Anabela Rodrigues Ribeiro
Supervisor: Hélder Leite
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Resumo
O presente relatório expõe, de forma geral, o modo como é feita a distribuição da rede
eléctrica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP).
Após este tema ter sido anunciado, tentou-se encontrar todos os pontos importantes
que seriam de focar. Para isso, decidiu-se começar com a reunião de informação acerca de
conceitos básicos, tais como corrente eléctrica e postos de transformação. Apenas depois
da compreensão destas ideias, a pesquisa foi direccionada para a FEUP. Assim, juntou-se
informação relacionada com os consumos energéticos da faculdade, que permitiu concluir
o que se poderia prever: a FEUP é uma instituição com altos consumos de energia, apesar
dos esforços feitos para a economizar ao máximo.
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Índice
Resumo .............................................................................................................................. 3
Índice.................................................................................................................................. 4
Índice de Imagens .............................................................................................................. 5
Introdução.......................................................................................................................... 6
Alguns conceitos fundamentais ..................................................................................... 6
Tensão Eléctrica e Curto-Circuito ...................................................................................... 8
Tipos De Linhas/Cabos De Tensão Eléctrica ...................................................................... 9
Postos De Transformação: O QUE SÃO E COMO FUNCIONAM .................................................. 10
Distribuição de Energia na FEUP ...................................................................................... 14
Visita de Estudo: POSTO DE TRANSFORMAÇÃO DA FEUP .......................................................... 18
Conclusão ......................................................................................................................... 20
Bibliografia ....................................................................................................................... 21
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Índice de Imagens
Figura 1 – Interruptores. .................................................................................................. 10
Figura 2 – Seccionadores. ................................................................................................ 10
Figura 3 – Disjuntores. ..................................................................................................... 11
Figura 4 – Fusíveis corta-circuitos. ................................................................................... 11
Figura 5 – Duas das selas com transformadores da FEUP. .............................................. 12
Figura 6 – Posto de transformação aéreo. ...................................................................... 13
Figura 7 – Posto de transformação em cabine. ............................................................... 13
Figura 8 – Mapa da FEUP com a localização dos PT’s assinalada. ................................... 14
Figura 9 – Esquema de postos de transformação em anel. ............................................ 15
Figura 10 – Posto de transformação visitado (da FEUP). ................................................ 18
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Introdução
No âmbito da disciplina Projecto FEUP, foi proposto ao grupo 319 a abordagem do
tema “distribuição eléctrica na FEUP”. Sendo um assunto de grande importância,
considerou-se necessário, em primeiro lugar, fazer um resumo teórico sobre os termos
técnicos a utilizar posteriormente. Assim sendo, decidiu-se dividir por tópicos a
informação, não só para facilitar o seu acesso, bem como para possibilitar uma aquisição
de conhecimentos mais eficaz.
Alguns conceitos fundamentais
Massa: Termo da área da electricidade que significa ligar à terra. 2. Ligação condutora,
intencional ou acidental, através da qual um circuito ou equipamento eléctrico é ligado à
terra ou a algum corpo condutor que desempenhe idêntica função.
Perda de tensão: Diminuição da tensão num circuito onde se desloca uma corrente.
Potência Eléctrica: Define-se energia como a capacidade de produzir trabalho. Potência
é a energia fornecida, recebida ou gasta por unidade de tempo. Representa-se por P e
determina-se a partir da expressão P  U  I , em que U é a tensão eléctrica e I a
intensidade de corrente eléctrica. A potência P exprime-se na unidade Watt (W).
Energia Eléctrica: Energia eléctrica é uma forma de energia baseada na geração de
diferenças de potencial eléctrico entre dois pontos, que permitem estabelecer uma
corrente eléctrica entre ambos. Mediante a transformação adequada é possível obter que
tal energia se mostre em outras finalidades de uso directo, em forma de luz, movimento
ou calor, segundo os elementos da conservação da energia.
Corrente Eléctrica: A teoria electrónica define a corrente eléctrica como um
movimento de cargas negativas que estão associadas aos electrões livres dos átomos dos
condutores. Pode-se também dizer que é uma corrente de electrões; e estes podem
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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deslocar-se em maior ou menor quantidade. Esta quantidade de electrões ou de corrente
eléctrica designa-se por “intensidade da corrente”, e representa-se simbolicamente pela
letra l.
Resistência: É toda a Oposição ao fluxo de corrente, expressa em ohms.
Capacidade: Proporção entre a carga imposta num condutor e a correspondente
mudança de potencial.
Condutividade: Capacidade de um condutor para transportar electricidade, geralmente
expressa como percentagem da condutividade de um condutor da mesma dimensão feito
de cobre macio.
Entrada súbita de corrente: Pico de corrente inicial sentida antes de a resistência de
carga de impedância aumentar para o valor de funcionamento normal.
Lei de ohm: Tensão (U) é igual à corrente (I) vezes a resistência (R).
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Tensão Eléctrica e Curto-Circuito
A tensão eléctrica é a diferença de potencial eléctrico entre dois pontos. A unidade SI é
o Volt (em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta). Por outras palavras, a tensão
eléctrica é a "força" responsável pela movimentação de electrões.
Efectivamente, o potencial eléctrico mede a força que uma carga eléctrica exerce num
campo eléctrico, expressa pela lei de Coulomb, portanto a tensão é a tendência que uma
carga tem de ir de um ponto para o outro.
O que é um curto-circuito? Em condições normais, um circuito eléctrico possui uma
fonte de alimentação (pilha, rede eléctrica, etc.) que alimenta uma carga (lâmpada,
aquecedor, etc.). A fonte de alimentação possui uma determinada tensão eléctrica. Ao
aplicar esta tensão a um receptor, flui uma corrente eléctrica entre o gerador e o
receptor. Se em vez dum receptor, puser em contacto os fios que saem do gerador,
praticamente não há resistência à corrente e ela toma valores extremamente elevados.
Tão elevados quanto o gerador for capaz de fornecer e os condutores e aparelhos que se
encontrem no caminho da corrente forem capazes de suportar. Uma corrente muito alta
produz muito calor e daí o risco de incêndio.
Assim, um curto-circuito ocorre quando há uma ligação anormal de impedância
relativamente baixa, efectuada intencional ou acidentalmente entre dois pontos de
potencial diferente.
Os dispositivos de protecção contra curto-circuito e sobrecarga permitem a protecção
das instalações eléctricas. Detectam a ocorrência de curto-circuito ou sobrecarga que
eventualmente possa surgir nalgum ponto da instalação eléctrica, assegurando a abertura
automática do circuito.
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Tipos De Linhas/Cabos De Tensão Eléctrica

Linhas de baixa tensão – (230 V) Levam a energia eléctrica desde os postos de
transformação, ao longo das ruas e caminhos até aos locais onde é consumida em
baixa tensão (230 V entre fase e neutro e 400 V entre fases). Podem ser de 2 tipos:
aéreas ou subterrâneas. As linhas aéreas podem ser em condutores nus ou isolados
em feixe . As linhas em condutor nu estão fixas sobre isoladores e apoiados em postes
de betão, ou sobre postaletes metálicos fixos na fachada. Os cabos de distribuição de
baixa tensão são normalmente constituídos por cinco condutores um dos quais se
destina à iluminação pública.

Linhas de média tensão – (15 e 30 kV) São aquelas cuja tensão nominal é inferior a 60
kV. As tensões mais comuns são 10,15 e 30 kV. Estas linhas ligam as subestações aos
postos de transformação
ou ligam diferentes
postos de
seccionamento/
transformação entre si. Podem ser aéreas ou subterrâneas. As aéreas são
normalmente em cabo nu, apoiadas em postes de betão (mais comum) ou metálicos,
sendo os condutores suspensos ou apoiados por isoladores.

Linhas de alta tensão – (60 e 110 kV) São aquelas cuja tensão nominal é igual ou
superior a 60 kV. Estas linhas unem os centros produtores (centrais térmicas, hídricas,
eólicas) às subestações ou entre várias subestações. São normalmente aéreas
podendo, no entanto, ser subterrâneas. As linhas aéreas são constituídas por apoios,
normalmente metálicos, sendo os condutores suspensos ou apoiados por isoladores.

Linhas de muito alta tensão – (150, 220 e 400 kV) As linhas de muito alta tensão estão
associadas ao transporte de energia, ao contrário de todas as outras que são usadas
ao nível da distribuição de energia. Além disso, é um tema bastante polémico devido
aos problemas que têm levantado por serem prejudiciais à saúde das pessoas
nomeadamente ao nível do sistema nervoso.
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Postos De Transformação: O QUE SÃO E COMO FUNCIONAM
Para fazer chegar a energia aos consumidores, é necessária uma rede de distribuição
de baixa tensão, que vai ser alimentada pelos postos de transformação (PT’s) localizados
nas proximidades.
Efectivamente, os postos de transformação são instalações onde se procede à
transformação da energia eléctrica de média tensão para baixa tensão. São constituídos,
essencialmente, por três componentes:

Equipamentos de interrupção, seccionamento e protecção;
Figura 1 – Interruptores.
Figura 2 – Seccionadores.
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Figura 3 – Disjuntores.
Figura 4 – Fusíveis corta-circuitos.
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
Um ou mais transformadores, responsáveis pela passagem de média tensão
para baixa tensão;
Figura 5 – Duas das selas com transformadores da FEUP.

Quadro geral de baixa tensão, de onde partem os diversos ramais da rede de
baixa tensão.
Na verdade, existem dois tipos de postos de transformação:
1. Aéreos: estão ligados na rede aérea em média tensão, sendo o transformador
instalado num apoio da linha e o quadro geral de baixa tensão na base desse apoio,
num armário dimensionado para o efeito. Dentro deste género, os postes de
transformação podem ser:

PT Tipo 'A' - Aéreo sem corte de Média Tensão (TP até 50 kVA);

PT Tipo 'AS' - Aéreo com seccionador de corte de Média Tensão (TP até 100
kVA);

PT Tipo 'AI' - Aéreo com Interruptor-seccionador de corte de Média Tensão (TP
de 160 e 250 kVA).
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Figura 6 – Posto de transformação aéreo.
2. Em cabine: no caso de todo o equipamento estar instalado dentro de uma cabine,
pode assumir várias variantes: cabine alta (torre), cabine baixa em edifício próprio,
cabine baixa integrada em edifício, cabine metálica (monobloco), cabine préfabricada, cabine subterrânea, etc; podendo pertencer a um dos seguintes:

PT Tipo 'CB' - Cabine baixa de QGBT tipo CA1 ou CA2 mediante a potência;

PT Tipo 'CA' - Cabine alta de QGBT tipo CA1 ou CA2 mediante a potência.
Figura 7 – Posto de transformação em cabine.
Distribuição de Energia na FEUP
Aplicando agora estes conhecimentos à FEUP, é fácil perceber que, sendo uma
faculdade de grande dimensão, consome grandes quantidades de energia, diariamente.
Na verdade, todos os edifícios são alimentados, através de 3 postos de transformação
existentes nas suas instalações, dispostos em anel, que recebem energia da subestação de
Paranhos. É aqui que se faz a passagem de média tensão para baixa tensão, produzindo
electricidade apta para ser utilizada.
Figura 8 – Mapa da FEUP com a localização dos PT’s assinalada.
Existem três formas diferentes de alimentação dos postos de transformação por parte
das subestações redutoras, que são: a rede radial, a rede em anel e a rede malhada;
correspondentes a diferentes qualidades de serviço. Na Faculdade de Engenharia do Porto
a rede existente é a rede em anel, ou seja, cada PT pode ser alimentado por mais do que
uma via, aumentando a garantia de continuidade de fornecimento energético. Por
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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exemplo, na rede em anel, sendo A a subestação e B, C e D os PT’s: se o troço BD avaria,
nenhum PT fica sem energia, porque esta sai da subestação e é conduzida até B e,
simultaneamente, até C e D (ver Figura 9).
Figura 9 – Esquema de postos de transformação em anel.
É, definitivamente, a rede que mais vantagens trás ao bom funcionamento da
distribuição eléctrica.
Pode-se, então, através do estudo das variações deste consumo, tirar algumas
conclusões.
Gráfico 1
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Gráfico 2
Os gráficos acima dizem respeito aos custos da electricidade e à quantidade de energia
gasta na FEUP, no primeiro semestre de 2006, respectivamente. Verifica-se que são os
dois directamente proporcionais, ou seja, à medida que o consumo de energia na escola
diminui ao longo do semestre, diminuem também os gastos de electricidade. Durante o
início do semestre verificam-se os valores mais altos, havendo uma descida abrupta
durante o mês de Maio até Junho devido a uma menor utilização das instalações por parte
dos utentes.
Efectivamente, o dispêndio de energia ao longo da semana mantém-se, praticamente,
constante, excepto aos sábados e domingos, quando estes valores (em kWh) descem
cerca de 34%. Isto significa que, mesmo aos fins-de-semana, toda a faculdade se mantém
bastante activa; seria de esperar que o consumo de energia descesse mais.
Quanto às variações ao longo de um dia, é notável que os valores sobem a partir as 8h
e mantêm-se elevados até às 20h. Efectivamente, durante a noite, há uma queda (em
kWh) de cerca de 40%. É ainda de notar uma pequena descida no consumo de energia que
ocorre entre as 12h e as 15h, explicada talvez por corresponder à hora de almoço, onde as
salas de aula, bem como outras, são menos utilizadas.
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Existem, ainda, diferenças no consumo de energia ao longo do ano, visíveis ao analisar
as discrepâncias entre os meses. Deste modo, pode-se afirmar que a mais perceptível
ocorre a meio de Setembro, onde os valores aumentam substancialmente, atingindo o
máximo de consumo no mês de Dezembro. Pelo contrário, Agosto é aquele em que a
energia gasta atinge os valores mais baixos. Isto deve-se às diferentes fases do ano lectivo,
desde as férias, às épocas de exames.
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Visita de Estudo: POSTO DE TRANSFORMAÇÃO DA FEUP
Após confirmação sobre a data e local da realização da visita de estudo, dia 7 de
Outubro no Edifício E. Após breves formalidades introdutórias, o professor Hélder Leite
deu início à tão esperada visita.
O objectivo inicial da visita, tal como foi esclarecido na altura, era uma primeira
abordagem à sala em que nos encontrávamos. Fascinados com todas aquelas “máquinas”,
decidimos começar logo a explorar. Verificámos, assim, que a divisão continha uma séria
de disjuntores de um lado da parede (ver Figura 10); enquanto que, do outro, existiam
três divisões, ao que prontamente associámos a “jaulas”. Feitas todas as averiguações, e já
sedentos de mais informação, o professor começou a explicação.
Figura 10 – Posto de transformação visitado (da FEUP).
Iniciou o seu discurso com a explicação do propósito das tão intrigantes “jaulas”. Estas,
ao que conseguimos captar, foram feitas para resguardar as pessoas que lá trabalhavam
para que não fossem electrocutadas, uma vez que dentro delas se encontram os
transformadores. Para aceder ao interior destas, é necessário ir buscar a chave que abre a
grade protecção. Tal como nos foi explicado, a chave está estrategicamente colocada ao
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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lado do disjuntor, para que quem a for buscar (à chave) se lembre que necessita de activar
o disjuntor para interromper o fluxo de energia, evitando assim o risco de electrocussão.
No seguimento da palavra “disjuntor”, o professor explicou-nos qual a sua função e
porque era tão importante. Efectivamente, fusíveis e disjuntores são dispositivos que
protegem os circuitos eléctricos contra danos causados por sobrecargas de corrente, que
podem provocar: incêndios, explosões e electrocussões. Os fusíveis são aplicados
geralmente nos circuitos domésticos e na indústria leve, enquanto que os disjuntores são
utilizados na industria pesada. Na essência, o disjuntor é uma chave magnética que se
desliga automaticamente quando a intensidade da corrente supera certo valor. Tem a
vantagem de não precisar de ser trocado. Uma vez resolvido o problema que provocou o
desligamento, basta voltar a liga-lo para que a circulação da corrente se restabeleça.
Após todas estas explicações, passou-se às dúvidas. Aqui, o professor explicou o
porquê do internso calor que se fazia sentir na sala onde nos encontrávamos. O efeito de
Joule corresponde à energia eléctrica que se transforma em energia calorífica num
receptor (ou num condutor). Esta, pode ser quantificada. É directamente proporcional à
resistência eléctrica deste, ao quadrado da intensidade de corrente e ao tempo de
passagem da corrente. É traduzida pela expressão: W=R.I.I.t..
Finalmente, e após algumas fotografias e divisão de tarefas, deu-se por encerrada a
visita de estudo.
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Conclusão
Este projecto teve por finalidade o aprofundamento de conhecimentos relativos à
distribuição de energia eléctrica na FEUP, nomeadamente no interior desta. Para tal, foinos proposto um conjunto de objectivos, tais como:

Recolha de informação através de instruções da monitora;

Pesquisa elaborada em torno dos termos técnicos para posterior aplicação e
compreensão do modo de funcionamento dos postos de transformação;

Visita guiada a um dos postos de transformação da FEUP, que nos permitiu
complementar a informação já adquirida.
No que concerne às dificuldades sentidas pelo grupo, é de realçar que o tema que nos
foi proposto é bastante abrangente, levando a um bloqueio nas nossas intenções de
concretização, sem sabermos com exactidão o que deveríamos focar inicialmente.
Todavia, com o acompanhamento do supervisor e da monitora, foi-nos possível chegar a
um entendimento mais coeso da matéria a abordar, sendo que as nossas pesquisas nos
conduziriam a tomar contornos mais específicos. Outra vantagem prendeu-se com o facto
de a faculdade nos conseguir disponibilizar o material adequado a uma continuação mais
concisa do trabalho.
No que diz respeito à distribuição das tarefas semanais, visto serem, na maioria das
vezes, incompatíveis com as reuniões do grupo fora da aula do projecto, a composição e
construção de texto para o relatório foi um pouco dificultada. Assim, apenas
pesquisávamos e recolhíamos informação para o enriquecimento técnico do trabalho. No
entanto após uma apreciação construtiva do professor e da monitora, conseguimos
orientar a estrutura e o conteúdo deste relatório.
Concluímos, então, que, apesar de se tratar de um tema vasto e com inúmeras
ramificações, quer profissionais quer sociais, a introspecção que fazemos é positiva, na
medida em que conseguimos colocar no nosso relatório estes aspectos fulcrais.
Projecto FEUP – Distribuição Eléctrica na FEUP
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Bibliografia
Sítios Web
Empresa
de
Electricidade da Madeira.
2005. “Postos de
Transformação”:
http://www.eem.pt/index.php?option=com_content&task=view&id=524&Itemid=456
(consultado a 3 de Outubro, 2009)
Wikipédia. 2009. Wikipédia, a enciclopédia livre: http://www.wikipédia.org (consultado
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Grupo EDP. 2009. Energias de Portugal: http://www.wikipedia.org (consultado a 4 de
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Universidade
Aberta.
2002.
Corrente
Eléctrica:
http://www.univ-
ab.pt/formacao/sehit/curso/riscos/uni1/corrente.html (consultado a 28 de Setembro,
2009)
Livros
Ventura, G. Manuel Fiolhais, Carlos Fiolhais, José António Paixão. 2008. Física 12.º ano.
Lisboa: Texto Editores, Lda.
Matias, José V.C. 2006. Sistemas Analógicos e Digitais. Didáctica Editora.
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