Engenharia Elétrica Ferroviária e Metroviária - Do Trólebus ao Trem de Alta Velocidade

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Nos últimos dez anos, as ferrovias e a tração elétrica no Brasil vêm recebendo maior investimento. A mobilidade nas metrópoles e a produção de bens em grandes volumes exigem maior capacidade de transporte, e foi justamente neste cenário que Engenharia Elétrica Metroviária e Ferroviária – Do Trólebus ao Trem de Alta Velocidade foi escrito.
Seu conteúdo, complementado por um vasto número de figuras explicativas, reflete mais de uma década de pesquisas na área, sobretudo em sistemas metroferroviários alimentados em corrente contínua. É uma obra completa que aborda o tema de forma abrangente, ideal para estudantes universitários interessados em se aprofundar na área de transportes.

8 capítulos

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1 - Uma Breve Introdução ao Problema

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1

Uma Breve Introdução ao Problema

1.1 Capacidade de Transporte de uma Linha........................2

1.2 Por que Tração Elétrica? ................................................3

1.3 Estimativa do Tráfego Crítico ..........................................7

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Capítulo 1

2

Um resumo bem sucinto do que será abordado neste livro é a energia elétrica utilizada no transporte. O quanto de energia é gasto, a forma como ela é gerada e transmitida e como

é utilizada serão os temas dos capítulos seguintes.

Um bom início para abordar os conceitos seria começar a quantificar o transporte e introduzir as vantagens da tração elétrica.

1.1 Capacidade de Transporte de uma Linha

Em uma linha de transporte de passageiros, a capacidade de transporte (CT ) máxima ofertada pela linha, expressa em passageiros por hora-sentido, representa a máxima capacidade de uma linha em transportar passageiros. É computada como um produto entre a capacidade individual do veículo (Cv ), o número de veículos (nv ) e a frequência de trens

 

2 - Dinâmica do Movimento

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2

Dinâmica do Movimento

Dinâ

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

Equação do Movimento ...............................................15

Aceleração e Solavanco ...............................................20

Esforço Motor ..............................................................22

Esforço Resistente .......................................................26

Limitação do Esforço Motor: a Força de Aderência .......56

Ciclo de Tração ............................................................75

Consumo e Conservação de Energia durante o Ciclo de Tração .........................................................78

2.8 Característica do Esforço Motor em Função da

Velocidade ...................................................................85

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Capítulo 2

14

 

3 - Acionamentos de Tração

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3

Acionamentos de Tração

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

Motores de Corrente Contínua .....................................94

Motores de Indução Trifásicos ....................................126

Motores de Indução Lineares (MIL) ............................152

Motores Síncronos de Ímã Permanente (PMSM) .........161

Alimentação em Corrente Alternada Monofásica ........167

Acionamentos Diesel-Elétricos ...................................170

Notas sobre o Dimensionamento dos Motores ...........179

Divisão de Carga entre Motores .................................181

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Capítulo 3

92

Um acionamento é um sistema industrial que faz a conversão de energia elétrica em energia mecânica (em tração) ou vice-versa (em freagem) (Boldea; Nasar, 2006). Entretanto, existem várias diferenças práticas entre os acionamentos de tração e outros acionamentos industriais, tais como IEE (2002) e IET (2006):

 

4 - Alimentação da Rede de Tração Elétrica

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4

Alimentação da Rede de Tração Elétrica

4.1 Funções da Rede de Alimentação ............................186

4.2 Sistemas de Alimentação: Classificação e Histórico ...............................................................187

4.3 Escolha do Sistema de Alimentação .........................191

4.4 Estrutura Básica da Rede Elétrica de Tração ............194

4.5 Circuito de Tração ....................................................211

4.6 Alimentadores, Cabines de Paralelismo e Cross

Bonds ......................................................................233

4.7 Resistência e Impedância do Circuito de Tração .......234

4.8 Cálculo das Quedas de Tensão no Circuito de Tração.................................................................244

4.9 Rendimento do Circuito de Tração............................258

4.10 Influência do Circuito de Tração na Potência que

Pode Ser Desenvolvida pelos Trens ..........................259

 

5 - Subestações de Tração

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5

Subestações de Tração

5.1 Esquemas de Ligação das Subestações

Retificadoras .............................................................264

5.2 Localização e Quantidade de Subestações de Tração ..................................................................267

5.3 Dimensionamento das Subestações de Tração ...........272

5.4 Regulação, Resistência Interna e

Circuito Equivalente da Subestação Retificadora ........278

5.5 Reserva de Potência ..................................................280

5.6 Retificadores e Inversores ..........................................281

5.7 Inversores..................................................................296

5.8 Curto-circuito e os Retificadores ................................299

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Capítulo 5

264

Conforme foi visto na Seção 4.4, o suprimento de energia provém da rede pública de alimentação. No caso dos sistemas alimentados em corrente contínua, a corrente trifásica dessa rede de alimentação é convertida em corrente contínua na subestação retificadora.

 

6 - Circuito de Retorno e Aterramento

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6

Circuito de Retorno e Aterramento

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

Correntes de Fuga e Corrosão Eletrolítica...................306

Medidas Preventivas contra as Correntes de Fuga .....308

Tensão de Toque ........................................................311

Métodos de Análise ...................................................312

Condutância entre o Terra do Sistema de Tração e o Terra ....................................................................325

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Capítulo 6

306

Na seção 4.5.2 falou-se que parte da corrente de tração utiliza o solo para retornar às subestações. Como foi dito, a corrente de tração sai das subestações, percorre a linha de contato, alimenta os trens e retorna pelos trilhos.

Entretanto, a resistência entre os trilhos e o solo não é infinita e, como foi visto, os trilhos possuem uma resistência longitudinal. Como consequência, uma parte da corrente de tração se desvia para a terra, especialmente na área próxima à carga, e então à subestação.

 

7 - Compatibilidade Eletromagnética (EMC)

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7

Compatibilidade

Eletromagnética (EMC)

7.1 Generalidades............................................................330

7.2 Fontes de Ruído em Sistemas de Tração Elétrica........331

7.3 Mecanismos de Acoplamento e Interferência

Eletromagnética ........................................................333

7.4 Emissões ...................................................................336

7.5 Veículos .....................................................................338

7.6 Normas Pertinentes ...................................................338

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pág. 329

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Capítulo 7

330

A compatibilidade eletromagnética no setor metroferroviário até mais ou menos a década de 1970 se resumia aos aspectos referentes à corrosão galvânica nos sistemas alimentados em corrente contínua, às perturbações em circuitos de telefonia analógica e às perturbações elétricas conduzidas em baixas frequências (f < 20 kHz) emitidas pelo material rodante e que interferiam nos circuitos de sinalização metroferroviária, comprometendo a segurança da circulação dos trens.

 

8 - Simulação do Sistema de Tração Elétrica

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8

Simulação do Sistema de Tração Elétrica

8.1

8.2

8.3

8.4

Histórico das Simulações em Tração Elétrica .............342

Simulação de Marcha ................................................349

Simulação de Tráfego ................................................364

Simulação Elétrica .....................................................369

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pág. 341

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Capítulo 8

342

As características de operação do sistema de tração elétrica podem ser predeterminadas através da sua simulação a partir de modelos matemáticos. Uma vantagem da simulação como ferramenta de apoio ao projeto é permitir um ensaio das alternativas a custo reduzido, viabilizando uma posterior comparação das mesmas.

A simulação do sistema de tração elétrica compreende as características do movimento das composições e o comportamento dos sistemas de alimentação, distribuição e aterramento devido a sua solicitação em cada instante de período estudado (Martins, 1986a;

 

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