Pratique questões resolvidas da Caixa para Engenharia Elétrica — Parte 3, com os itens 24 a 28 da prova da Cesgranrio de 2012.
Revise proteção diferencial-residual, eletrificação rural, grupos tarifários, eficiência energética e inversores trifásicos com explicações passo a passo.
Leia cada enunciado, escolha uma alternativa e só depois abra a resolução para comparar o seu raciocínio.
A numeração original da prova foi preservada. As resoluções incluem observações para evitar generalizações e confusões conceituais.
Questão 24 — DR e esquema de aterramento
O funcionamento adequado dos dispositivos de proteção do tipo diferencial-residual depende diretamente do esquema de aterramento utilizado na instalação elétrica.
Qual esquema de aterramento impossibilita o funcionamento adequado dos dispositivos de proteção do tipo diferencial-residual?
- AIT
- BTN-C
- CTN-C-S
- DTN-S
- ETT
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Resolução passo a passo
1. Entenda o que o DR monitora
O dispositivo diferencial-residual compara as correntes nos condutores vivos do circuito: fases e neutro, quando houver. Em funcionamento normal, a soma instantânea dessas correntes é nula.
Quando parte da corrente retorna por um caminho externo ao conjunto monitorado, surge uma corrente diferencial. Se ela atingir as condições de atuação do dispositivo, o DR desliga o circuito.
2. Reconheça a particularidade do TN-C
No esquema TN-C, as funções de neutro e proteção são reunidas no condutor PEN. Por isso, a corrente normal de retorno e a corrente de uma falta à massa podem compartilhar o mesmo condutor.
Se o PEN atravessar o sensor junto com as fases, uma falta fase–massa que retorne por ele pode manter o balanço das correntes. Além disso, o PEN não pode ser seccionado como um neutro comum. Assim, o DR não deve ser aplicado no trecho TN-C.
3. Compare os demais esquemas
| Esquema | Ponto essencial |
|---|---|
| TN-C | N e PE combinados em PEN: DR não aplicável nesse trecho. |
| TN-S | N e PE separados: admite DR, conforme o projeto. |
| TN-C-S | DR somente depois da separação do PEN em N e PE. |
| TT | Proteção diferencial é uma solução usual para o desligamento por falta à terra. |
| IT | Exige análise das condições de falta; o monitor de isolamento sinaliza a primeira falta. |
Questão 25 — Eletrificação rural descentralizada
A energia elétrica, nas áreas rurais, traz benefícios, tais como a redução do êxodo rural, o aumento da quantidade e da qualidade da produção rural e a ampliação do mercado consumidor de energia.
Diversos estudos analisam a melhor forma de suprimento de energia elétrica nas áreas rurais, abordando a eletrificação rural descentralizada como opção no atendimento energético dessas áreas.
O que gera o questionamento quanto ao fornecimento de energia elétrica das áreas rurais apenas pelas plantas de geração centralizada e distribuída por redes?
- AO consumo excessivo de correntes harmônicas e/ou de potência reativa das cargas rurais.
- BOs tipos de cargas rurais, que não seguem o padrão de energia fornecido pelas plantas de geração centralizada.
- CA rejeição da população rural ao consumo da energia elétrica provinda dos grandes centros urbanos.
- DA inviabilidade técnico-econômica de transporte e distribuição da energia frente à baixa demanda das áreas rurais.
- EAs acentuadas depredações das instalações elétricas devido às condições ambientais das áreas rurais.
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Resolução passo a passo
1. Identifique o desafio da eletrificação rural
Em regiões rurais remotas, os consumidores podem estar muito afastados entre si. Uma rede longa, portanto, pode atender poucas unidades e transportar pouca energia em relação ao investimento necessário.
2. Relacione extensão da rede e demanda
Postes, cabos, transformadores, proteção, acesso e manutenção representam custos. Quando a demanda é baixa e dispersa, o custo por consumidor tende a aumentar. Relevo e distâncias também podem dificultar a implantação.
É essa relação entre viabilidade técnica, investimento e baixa densidade de carga que motiva o estudo de alternativas ao atendimento exclusivamente por extensão de redes.
3. Entenda a alternativa descentralizada
Conforme os recursos locais e o perfil de consumo, podem ser avaliados sistemas fotovoltaicos, pequenas centrais hidrelétricas, geração a biomassa ou sistemas híbridos com armazenamento. A solução deve atender à demanda e aos requisitos de confiabilidade.
Isso não significa que toda área rural seja inviável de atender por rede: a conclusão depende do estudo de cada local.
Análise das alternativas
A — Incorreta. Harmônicos e reativos podem existir em cargas rurais, mas não explicam, de forma geral, o problema econômico da expansão de redes para consumidores dispersos.
B — Incorreta. Não há incompatibilidade geral entre as cargas rurais e a energia fornecida pelo sistema centralizado.
C — Incorreta. A rejeição da população não constitui a justificativa técnica apresentada.
D — Correta. Longas distâncias associadas à baixa demanda podem comprometer a viabilidade técnico-econômica do transporte e da distribuição.
E — Incorreta. Condições ambientais podem afetar a rede, mas não representam o fator central cobrado pelo enunciado.
Questão 26 — Grupos tarifários A e B
A ANEEL é responsável por regulamentar a tarifação da energia elétrica, garantindo que o consumidor pague um valor justo pela energia consumida, como também garantindo o equilíbrio econômico-financeiro da concessionária. Dessa forma, dois grandes grupos de consumidores estruturam a tarifação de energia elétrica dos consumidores finais. Esses grupos são definidos como “grupo A” e “grupo B”.
O que diferencia o “grupo A” do “grupo B”?
- AO nível de potência ativa consumida
- BO nível de potência reativa consumida
- CO nível de tensão de atendimento
- DOs consumidores do tipo residencial e os demais consumidores
- EOs órgãos públicos e os demais consumidores
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Resolução passo a passo
1. Separe o grupo tarifário da classe de consumo
A pergunta trata do critério que distingue os grupos tarifários A e B. A resposta esperada é o nível de tensão de atendimento, e não simplesmente a atividade do consumidor ou a potência de um aparelho.
2. Compare os grupos
| Grupo | Característica geral |
|---|---|
| A | Conexão em tensão igual ou superior a 2,3 kV, observadas as condições de enquadramento. |
| B | Conexão em tensão inferior a 2,3 kV, observadas as condições de enquadramento. |
Existe a particularidade do subgrupo AS: atendimento subterrâneo em tensão inferior a 2,3 kV, enquadrado no grupo A nas condições da regulamentação.
3. Evite confundir exemplos com definições
Indústrias e grandes estabelecimentos aparecem com frequência no grupo A; residências e pequenos comércios, no B. Esses exemplos não substituem o critério técnico de conexão e enquadramento.
Da mesma forma, a potência ativa ou reativa, isoladamente, não é a resposta à distinção pedida nesta questão.
Análise das alternativas
A — Incorreta. A potência ativa não é o critério de distinção solicitado.
B — Incorreta. A potência reativa não define, por si só, o grupo tarifário.
C — Correta. O nível de tensão de atendimento é o critério geral cobrado.
D — Incorreta. Residencial, rural e outras atividades são classificações distintas do agrupamento A/B.
E — Incorreta. A natureza pública ou privada do consumidor não determina o grupo.
Questão 27 — Uso eficiente da energia elétrica
O uso de energia elétrica de forma consciente visa ao melhor aproveitamento de energia como forma de reduzir os impactos ambientais de geração.
Programas de apoio ao uso eficiente de energia elétrica, tal como o Programa de Combate ao Desperdício de Energia Elétrica (Procel), incentivam práticas que auxiliam o uso da energia elétrica de forma econômica.
Com relação às práticas recomendadas para o uso eficiente de energia elétrica, considere as afirmativas abaixo.
I — A parte traseira da geladeira ou freezer nunca deve ser utilizada para secar roupas.
II — Quando utilizar máquina de lavar roupas, realize diversas lavagens com pouca roupa ao invés de acumulá-las até a capacidade máxima indicada pelo fabricante.
III — Instalações com tensão em 220 V gastam menos energia que as instalações com tensão em 127 V, e, portanto, as primeiras devem ser priorizadas.
Está correto APENAS o que se afirma em:
- AI
- BII
- CIII
- DI e III
- EII e III
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Resolução passo a passo
1. Analise a afirmativa I
Correta. A parte traseira da geladeira ou do freezer não deve ser usada para secar roupas. Nos equipamentos cujo condensador está nessa região, obstruir a ventilação dificulta a rejeição de calor e pode aumentar o trabalho do compressor.
2. Analise a afirmativa II
Incorreta. A recomendação é reunir roupas para aproveitar a capacidade indicada pelo fabricante e selecionar o ciclo e o nível de água adequados. Fazer várias lavagens pequenas desnecessárias tende a aumentar o consumo de água e energia.
Isso não autoriza exceder a carga máxima da máquina.
3. Analise a afirmativa III
Incorreta. A tensão de 220 V, por si só, não garante consumo menor que 127 V. Para aparelhos com a mesma potência de entrada, utilizados pelo mesmo tempo, a energia consumida é a mesma.
Esse aparelho consome 1 kWh em uma hora tanto na versão de 127 V quanto na de 220 V, supondo a mesma potência e as mesmas condições de funcionamento.
4. Distinga consumo do aparelho e perdas nos cabos
Para a mesma potência e fator de potência, uma tensão maior permite corrente menor. Como as perdas resistivas nos condutores dependem do quadrado da corrente, elas podem diminuir se os demais parâmetros forem mantidos.
Essa possível redução de perdas na instalação não torna verdadeira a afirmação genérica de que toda instalação em 220 V consome menos. O resultado depende dos equipamentos, condutores e condições de uso.
Questão 28 — Inversor trifásico conectado à rede
A figura acima mostra um circuito com um inversor trifásico conectado a uma fonte de tensão contínua, sendo seus terminais de saída A, B e C conectados a um sistema elétrico de corrente alternada (Sistema elétrico CA). A esse respeito, considere as afirmativas abaixo.
I — Só pode haver fluxo de potência ativa da fonte de tensão contínua para o sistema elétrico CA.
II — Para que o inversor funcione adequadamente, o valor de pico das tensões no sistema CA deve ser maior que o valor da tensão da fonte de tensão contínua.
III — O inversor pode fornecer potência não ativa, proveniente de reativos e harmônicos, para o sistema CA.
Está correto APENAS o que se afirma em:
- AI
- BII
- CIII
- DI e II
- EII e III
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Resolução passo a passo
1. Identifique a topologia do circuito
A figura mostra uma ponte trifásica alimentada por um barramento CC. Cada fase se conecta ao ponto médio de um ramo com duas chaves e diodos em antiparalelo. Os indutores fazem a interface com o sistema CA.
2. Analise a afirmativa I
Incorreta. A palavra “só” restringe indevidamente o sentido do fluxo de potência ativa. A ponte controlada admite operação como inversor ou retificador ativo, conforme o controle e as condições do lado CC.
O fluxo da rede CA para o barramento CC exige que o lado CC possa receber ou armazenar essa energia. Não se deve interpretar que qualquer fonte CC absorve potência automaticamente.
3. Analise a afirmativa II
Incorreta. O inversor precisa de tensão no barramento CC suficiente para sintetizar as tensões necessárias no lado CA e controlar a corrente através dos indutores. Não existe a exigência geral enunciada de que o pico da tensão CA deva superar a tensão CC.
Por exemplo, para a ponte de dois níveis com modulação senoidal PWM na região linear, a amplitude da componente fundamental de fase, em relação ao neutro virtual, é:
Nessa expressão, m é o índice de modulação, entre 0 e 1 nessa hipótese. Outras técnicas de modulação alteram o aproveitamento do barramento; por isso, a relação é um exemplo com hipóteses explícitas, e não uma regra universal para qualquer inversor.
4. Analise a afirmativa III
Correta. O controle das correntes permite intercâmbio de potência reativa. A ponte também pode sintetizar componentes harmônicas de corrente, como em aplicações de compensação ativa.
Isso não significa que produzir distorção seja sempre desejável: em filtragem ativa, correntes harmônicas controladas podem compensar as de outras cargas, reduzindo a distorção vista pela rede. A referência da afirmativa é à capacidade de intercâmbio de componentes não ativas.
Fontes da prova e do gabarito
Questões da prova 5 — Engenheiro, área 3: Engenharia Elétrica, edital nº 02/2012/NS. Gabaritos conferidos: 24-B, 25-D, 26-C, 27-A e 28-C.
Dúvidas frequentes sobre os exercícios da Caixa — Parte 3
Por que o esquema TN-C é a resposta da questão sobre DR?
No trecho TN-C, as funções de neutro e proteção estão reunidas no condutor PEN. O DR não deve ser aplicado nesse trecho como se houvesse condutores de neutro e proteção separados.
O DR compara a soma das correntes nos condutores ativos que atravessam seu sensor; o condutor de proteção não deve atravessá-lo como caminho de retorno. Não confunda o trecho TN-C com o trecho posterior à separação entre neutro e proteção de um sistema TN-C-S.
Por que a eletrificação rural pode favorecer soluções descentralizadas?
Consumidores dispersos e com baixa demanda podem exigir redes longas para transportar pouca energia. Isso eleva o custo de implantação e manutenção por consumidor.
A questão 25 destaca essa dificuldade técnico-econômica do atendimento apenas por redes ligadas a grandes centros geradores. Soluções locais podem ser alternativas, cuja viabilidade depende das condições de cada região.
O que diferencia os grupos A e B na questão de tarifação?
Na questão 26, o critério cobrado é o nível de tensão de atendimento, não a potência ativa consumida nem o fato de o cliente ser residencial, industrial ou público.
Para resolver o item, identifique a característica que organiza os grupos no contexto da prova. Não é necessário deduzir o enquadramento somente pelo ramo de atividade do consumidor.
Uma instalação em 220 V sempre consome menos energia que uma em 127 V?
Não. Um equipamento de mesma potência, funcionando pelo mesmo tempo, demanda a mesma energia útil, independentemente dessa comparação de tensões.
Para a mesma potência, a corrente tende a ser menor em 220 V, o que pode reduzir perdas nos condutores em condições comparáveis. Isso não permite afirmar que qualquer instalação em 220 V necessariamente terá menor consumo total.
O inversor trifásico pode fornecer potência não ativa ao sistema?
Sim, com topologia e controle adequados. Além de controlar a troca de potência ativa entre os lados contínuo e alternado, um inversor pode atuar na potência reativa e na compensação de componentes harmônicas.
Na questão 28, avalie cada afirmativa separadamente. A troca de potência não ativa não deve ser confundida com uma produção líquida contínua de energia pela fonte.
Consulte a prova original em PDF e o gabarito definitivo após recursos. No gabarito, veja a página 3, coluna Área 3 — Engenharia Elétrica.
