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SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I 2021 Profª. Julia Grasiela Busarello Wolff GABARITO DAS AUTOATIVIDADES 2 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I UNIDADE 1 TÓPICO 1 1 O setor elétrico brasileiro está estruturado para garantir a segurança do suprimento de energia elétrica, promover a inserção social, por meio de programas de universalização do atendimento e a escolha das modalidades tarifárias. Com isso, explique o que é um sistema elétrico de potência: FONTE: <https://bit.ly/2WMsAvP>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: Os sistemas elétricos de potência (SEPs) podem ser definidos como conjunto de equipamentos físicos e elementos de circuitos elétricos conectados que atuam de modo coordenado com o intuito de gerar, transmitir e distribuir energia elétrica aos consumidores. 2 A distribuição de energia elétrica no Brasil é feita por meio da integração da produção, transmissão e distribuição ao consumidor final. Essa integração é motivada pela industrialização e urbanização, pelo aumento da demanda e pela origem das hidrelétricas. Com base nesse contexto, como funciona a geração, transmissão e distribuição de potência no Brasil? FONTE: <https://www.universidadetrisul.com.br/etapas-construtivas/como-e-feita- a-distribuicao-de-energia-eletrica-no-brasil>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: • Geração: perfaz a função de converter alguma forma de energia (hidráulica, térmica etc.) em energia elétrica. • Transmissão: responsável pelo transporte de energia elétrica dos centros de produção aos centros de consumo, ou até outros sistemas elétricos, interligando-os. • Distribuição: distribui a energia elétrica recebida do sistema de transmissão aos grandes, médios e pequenos consumidores. 3 No Brasil, 80% da geração de energia elétrica advém de fontes e hidrelétricas, 11% de termoelétricas e o restante por outros processos. A partir da usina, a energia é transformada em subestação elétricas, elevadas a níveis de tensão (69/88/138/240/440 3 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I kV) e transportada em corrente alternada através de cabos elétricos, até as subestações rebaixadoras, delimitado a fase de transmissão. Com isso, quais são os componentes básicos de um SEP? FONTE: <https://www.mundodaeletrica.com.br/um-pouco-mais-sobre-o-sistema- eletrico-de-potencia-sep/>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: Sistemas elétricos de potência é um conjunto constituído por centrais elétricas, subestações de transformação e de interligação, linhas e receptores, ligados eletricamente entre si, transformadores de corrente e de potencial, transformadores elevadores e abaixadores de tensão, chaves, disjuntores, geradores, fusíveis, motores etc. 4 “A viabilidade de grandes sistemas de potência interligados foi possível com uma série de desenvolvimentos tecnológicos de materiais e equipamentos, em conjunto com a transmissão em CA de altas e extra-altas tensões” (BICHLES, 2018, p. 25). Com base nesse contexto, quais são as vantagens do SEP transmitindo em cc e em ca? FONTE: BICHELS, A. Sistemas elétricos de potência: métodos de análise e solução. Curitiba: EDUTFPR, 2018. p. 25. Disponível em: https://core.ac.uk/download/ pdf/287004058.pdf. Acesso em: 26 jul. 2021. R.: A transmissão de energia elétrica geralmente é feita em corrente alternada (ca), não somente no Brasil, mas no mundo. Sendo que a transmissão em corrente contínua (cc) é menos empregada. A facilidade e flexibilidade em alterar os níveis de tensão através de transformadores, constitui um dos maiores atrativos dos sistemas cas (juntamente com os geradores trifásicos síncronos), o que justifica sua ampla utilização. Em um sistema de transmissão cc, temos que, os geradores ca alimentam a linha cc através de um transformador e de um retificador eletrônico (de alta potência). Um inversor eletrônico transforma a corrente contínua em corrente alternada no fim da linha de transmissão, para que a tensão possa ser reduzida pelo transformador. A transmissão em cc desempenha um papel importante quando utilizada de maneira complementar a um sistema de ca. Para distâncias longas, a transmissão em cc torna-se uma alternativa atraente. Além disso, oferecem melhores possibilidades de controlar o fluxo de potência em condições normais de operação e também em situações transitórias (como controle de estabilidade). 4 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I 5 Apagão ou blecaute é o corte ou colapso temporário do suprimento de energia elétrica em uma determinada área geográfica, que pode variar desde uma localidade ou bairro, até uma grande área metropolitana ou regiões inteiras de um ou mais países. Para evitar esse tipo de fenômeno, o SEP deve estar protegido por equipamentos que evitem que o sistema falhe. Com base no exposto, cite quais são os equipamentos de proteção usados nos SEPs: FONTE: <https://educalingo.com/pt/dic-pt/blecaute>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: Os dispositivos de proteção dos sistemas elétricos de potência são: • transformadores de potencial (TPs); • divisores capacitivos de potencial (DCPs); • transformadores de corrente (TCs); • chaves, seccionadoras, disjuntores; • relés de proteção, filtros; • para-raios. 6 O sistema elétrico de potência consiste num conjunto formado por centrais elétricas, subestações de transformação e de interligação, linhas e receptores, ligados eletricamente entre si. São grandes sistemas de energia que englobam geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Com base no exposto, o que há em comum e quais as diferenças nas três principais formas de geração no Brasil? Cite três motivos porque o Brasil adotou a interligação do seu sistema de energia. FONTE: <https://bit.ly/3Cbob5S>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: Os pontos em comum são que todas as três formas de geração necessitam de uma transferência de energia mecânica para converter em energia elétrica, e as diferenças estão nos combustíveis que geram energia mecânica (água, vento, biomassa, urânio, gás etc.). Quanto à interligação do sistema de energias: • Aumento da estabilidade – sistema torna-se mais robusto podendo absorver, sem perda de sincronismo, maiores impactos elétricos. • Aumento da confiabilidade – permite a continuidade do serviço em decorrência da falha ou manutenção de equipamento, ou ainda devido às alternativas de rotas para fluxo da energia. • Aumento da disponibilidade do sistema – a operação integrada acresce a disponibilidade de energia do parque gerador em relação ao que se teria se cada empresa operasse suas usinas isoladamente. 5 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I • Mais econômico – permite a troca de reservas que pode resultar em economia na capacidade de reservas dos sistemas. O intercâmbio de energia está baseado no pressuposto de que a demanda máxima dos sistemas envolvidos acontece em horários diferentes. 7 A matriz energética do Brasil é muito diferente da mundial. Por aqui, apesar do consumo de energia de fontes não renováveis ser maior do que o de renováveis, usamos mais fontes renováveis que no resto do mundo. Somando lenha e carvão vegetal, hidráulica, derivados de cana e outras renováveis, nossas renováveis totalizam 46,2%, quase metade da nossa matriz energética. Com isso, qual é a Matriz Energética do Brasil e quais são as tendências mundiais das formas de geração de energia elétrica? Você tem alguma ideia diferente das que existem hoje? FONTE: <https://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/matriz-energetica-e-eletrica>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: A matriz energética brasileira está baseada em hidráulica, termo e eólica, vemos a tendência do crescimento mundial da nuclear e as fontes renováveis. Existem estudos do uso das propriedades dos materiais magnéticos. 8 A matriz energética representa um conjunto de fontes de energia disponíveis no país para suprir as demandas energéticas. É por meio dela que será possível captar e distribuir energia para os setores comerciais, industriais e residenciais. Assim, a matriz energética representa a quantidadede energia disponível, bem como a origem dessa energia, se ela é de uma fonte renovável ou não. Descreva o funcionamento de três formas de geração de energia. O que há em comum e as diferenças entre essas formas de geração de energia? FONTE: <https://www.gnpw.com.br/matriz-energetica/quais-as-principais-matrizes- energeticas-do-brasil/>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: A hidrelétrica utiliza como combustível a força das quedas d’água, que vão girar as pás dos geradores; a termoelétrica utiliza como combustível qualquer material que na sua reação químico possa fornecer calor suficiente para aquecer um reservatório de água até que a água atinja o seu ponto de ebulição, o vapor deste processo é 6 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I conduzido dentro de dutos até as pás que movimentarão o gerador; a eólica utiliza a força dos ventos para poder girar as pás conectadas aos aerogeradores. 9 A distribuição se caracteriza como o segmento do setor elétrico dedicado à entrega de energia elétrica para um usuário final. Como regra geral, o sistema de distribuição pode ser considerado como o conjunto de instalações e equipamentos elétricos que operam, geralmente, em tensões inferiores a 230 kV, incluindo os sistemas de baixa tensão. Com base nesse contexto, descreva a rede de distribuição, quais os principais elementos e suas funções: FONTE: <https://www.aneel.gov.br/regulacao-da-distribuicao>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: • Subestação abaixadora ou subestação de distribuição: para ser distribuída pelos fios da cidade, a eletricidade tem sua tensão reduzida em subestações abaixadoras através de transformadores. A tensão de linha de transmissão é baixada para valores padronizados nas redes de distribuição primária – 6, 11, 13.8, 15 e 34.5 kV. Uma subestação de distribuição geralmente tem como características: transformadores que reduzem a tensão de transmissão para a tensão de distribuição; um "barramento" que pode direcionar a energia para várias cargas; e geralmente há disjuntores e chaves, visando desconectar a subestação da rede de transmissão ou desligar linhas que saem da subestação de distribuição quando necessário. • Redes de distribuição: das subestações de distribuição primária (alta tensão), partem as redes de distribuição secundária (baixa tensão). Finalmente a energia elétrica é transformada novamente para os padrões de consumo local e chega às residências e outros estabelecimentos – tensão 220/127 V. No Brasil, há cidades onde a tensão fase neutro é de 220 V – região norte e nordeste –; e outras em 110, 120 ou 127 V como: região sul, São Paulo e Rio de Janeiro. As redes de distribuição nos centros urbanos também podem ser aéreas ou subterrâneas. Nas redes aéreas, os transformadores são montados nos próprios postes ou em subestações abrigadas. A entrada de energia nas edificações é chamada de ramal de entrada. Como vimos as redes de distribuição são trifásicas, mas as ligações para consumo podem ser monofásicas, bifásicas ou trifásicas de 7 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I acordo com a carga necessária: até 15 kW – monofásica (uma fase e um neutro); de 15 kW a 25 kW – bifásica (dois fases e um neutro); maior que 25 kW – trifásica (três fases e um neutro). No alto dos postes, os três cabos que normalmente observamos são os três cabos para a energia trifásica. O quarto cabo mais abaixo é o fio terra. Muitas vezes veem-se cabos extras, normalmente fios de telefone ou de TV a cabo, que utilizam os mesmos postes. Essa subestação em particular produz dois níveis de tensão, a tensão mais alta precisa ser reduzida novamente, o que geralmente acontecerá em outra subestação ou em transformadores menores em algum lugar da linha. Em alguns postes, vemos também transformadores cuja função é diminuir ainda mais a tensão, de modo que a energia possa ser usada nas edificações, chegando à tensão de 127/220 V. • Terminais: uma casa precisa de apenas uma das três fases; então, é comum terminais para uma ou duas das fases escoarem pelas ruas laterais. • Na residência: fora de uma casa comum existe um conjunto de postes com um condutor fase e um fio condutor terra (embora às vezes haja duas ou três fases no poste, dependendo de onde a casa está localizada na rede de distribuição). Em cada casa ou trecho de rua há um transformador. O trabalho do transformador é reduzir a voltagem de transmissão para os 220 ou 127 volts usados nas instalações elétricas residenciais normais. Os 220 ou 127 volts entram em sua casa através de um típico wattímetro. 10 O Brasil deve investir em matrizes energéticas renováveis, pois ao produzir a energia em solo brasileiro, não ficamos dependentes de importações e nem suscetíveis a crises mundiais. Além disso, esse investimento em fontes limpas contribui com o meio ambiente e polui menos. Com base no exposto, como seria o mundo sem a descoberta da energia elétrica? Em sua opinião, a sustentabilidade social e econômica seria baseada em que forma de tecnologia? FONTE: <https://bit.ly/3yACC1n>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: Não teríamos os avanços tecnológicos em todas as áreas como vemos hoje, principalmente na científica, o “conhecer” seria num ritmo mais lento. Sem a energia elétrica, teríamos desenvolvido tecnologias baseadas na natureza: vento, queda d’água etc. A energia elétrica é uma das mais nobres formas de energia secundária; a sua 8 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I facilidade de geração, transporte, distribuição e utilização, com as consequentes transformações em outras formas de energia, atribuem à eletricidade uma característica de universalização, disseminando o seu uso pela humanidade. No mundo de hoje, eletricidade, assim como alimento e moradia, é um direito humano básico. Eletricidade é a dominante forma de energia moderna para telecomunicações, tecnologia da informação, e produção de bens e serviços. 11 Os sistemas elétricos de potência é um conjunto constituído por centrais elétricas, subestações de transformação e de interligação, linhas e receptores, ligados eletricamente entre si. São grandes sistemas de energia que englobam geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Com base no exposto, analise as assertivas a seguir: FONTE: <https://bit.ly/3fry3id>. Acesso em: 30 jul. 2021. I- O sistema elétrico de potência é definido como o conjunto de todas as instalações e equipamentos destinados à geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Iniciando com uma linha de transmissão ligando uma usina a uma carga industrial ou de iluminação de uma cidade. II- No Brasil, chamamos este sistema de Sistema Interligado Nacional (SIN), o qual o responsável por interligar unidades geradoras de potência e os centros consumidores por extensas malhas de transmissão. III- Um sistema elétrico de potência possui três componentes principais, que são: a estação geradora, as linhas de transmissão e os sistemas de distribuição. É CORRETO apenas o que se afirma em: a) ( ) I, II e III. b) ( ) II e III. c) (X) I e III. d) ( ) I e II. 12 “Hoje em dia, os sistemas elétricos de potência representam as maiores e mais complexas máquinas já construídas pelo homem, o que exige técnicas e estudos cada vez mais precisos e refinados para construir, manter e operar estas máquinas. Além disso, eles 9 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I estão expostos a condições adversas e imprevisíveis que podem levar a situações de falha ou má operação, causando transtornos e problemas a todos que dependem da energia elétrica” (SILVA et al., 2016, p. 2). Com base no exposto, analise as assertivas a seguir: FONTE: SILVA, H. A. B. da. Simulador com mini subestação para ensino da disciplina sistemas de potência em cursos de engenharia e eletricidade. In: Conferência de Estudos em Engenharia Elétrica, 14., 2016, Uberlândia. Anais [...]. Uberlândia: UFU, 2016. Disponível em: https://bit.ly/2Vjs7ku. Acesso em: 30 jul. 2021. I- O modelo atual do SEP nem sempre foi assim, e,em grande parte da história, o modelo era vertical, ou seja, o estado tinha monopólio de toda a tarifa de consumo e todos os consumidores eram considerados cativos. II- Mesmo com todas as regulamentações, o Sistema Elétrico Brasileiro ainda tem como base o decreto do Código de Águas de 1934. III- Somente nos anos 1970 iniciou-se o processo de reestruturação para as formas atuais do SEP. É CORRETO apenas o que se afirma em: a) ( ) I, II e III. b) (X) I e II. c) ( ) I e III. d) ( ) II e III. 13 “A geração de energia elétrica se faz em usinas localizadas em função de suas características próprias. Usinas hidrelétricas que usam represamento de rios e lagos são localizadas nos pontos dos rios e lagos considerados mais eficientes para o armazenamento do volume ideal de água. Usinas térmicas podem ser localizadas em pontos mais convenientes para a transmissão e controle. Geradores eólicos são localizados em pontos com maior volume de ventos” (SILVA et al., 2016, p. 2). Com base no exposto, analise as assertivas a seguir: FONTE: SILVA, H. A. B. da. Simulador com mini subestação para ensino da disciplina sistemas de potência em cursos de engenharia e eletricidade. In: Conferência de Estudos em Engenharia Elétrica, 14., 2016, Uberlândia. Anais [...]. Uberlândia: UFU, 2016. Disponível em: https://bit.ly/37gRPZ4. Acesso em: 30 jul. 2021. 10 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I I- Atualmente, a Matriz Energética Brasileira ao contrário do índice mundial, é considerada uma das mais limpas do mundo, sendo que 88% da matriz energética vem de energias renováveis. II- Segundo mapeamento da Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR), a fonte solar fotovoltaica, baseada na conversão direta da radiação solar em energia elétrica de forma renovável, limpa, sustentável e cada vez mais competitiva, atingiu um total de 3.056 MW de potência instalada operacional, o equivalente a 2,2% da matriz elétrica do País. III- O Brasil acaba de superar a marca de 2.000 megawatts (MW) de potência operacional em sistemas de geração centralizada solar fotovoltaica, ou seja, usinas de grande porte, conectadas ao Sistema Interligado Nacional (SIN). É CORRETO apenas o que se afirma em: a) (X) III. b) ( ) II. c) ( ) I. d) ( ) I, II e III. TÓPICO 2 1 Os consumidores livres pagam às companhias de distribuição pelo acesso e uso de suas redes, em valores equivalentes aos que são pagos pelos consumidores cativos. A diferença está na compra da energia. Com base nesse contexto, explique qual é a diferença entre os consumidores livres e cativos: FONTE: <https://bit.ly/3lBjg8j>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: No Brasil, atualmente, temos dois tipos de consumidores de energia elétrica: o livre e o cativo. • O consumidor livre compra energia diretamente dos geradores ou comercializadores, através de contratos bilaterais com condições livremente negociadas, como preço, prazo, volume etc. Cada unidade consumidora paga uma fatura referente ao serviço de distribuição para a concessionária local (tarifa regulada) e uma ou mais faturas referentes à compra da energia (preço negociado de contrato). 11 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I • O consumidor cativo é aquele que compra a energia das concessionárias de distribuição às quais estão ligados. Cada unidade consumidora paga apenas uma fatura de energia por mês, incluindo o serviço de distribuição e a geração da energia, e as tarifas são reguladas pelo Governo. 2 A decisão de migrar para o mercado livre de energia é individual de cada consumidor. Alguns fatores devem ser contabilizados na tomada de decisões, são eles: a importância de energia para o processo produtivo, o valor da energia quando comparado com os custos dos insumos e com a rentabilidade de seu negócio, fatores específicos, tais como a compatibilidade do perfil de consumo com tarifas do cativo, elasticidade do consumo, capacidade de reduzir ou ampliar o consumo, de implementar projetos de eficiência, de consumir outros tipos de energéticos etc. Para tanto, o consumidor também deverá atender aos requisitos estabelecidos em lei para ter o direito de escolher o tipo de mercado que fará parte. Com base no exposto, explique o que é o mercado livre de energia: R.: O mercado livre de energia é um ambiente competitivo de negociação de energia elétrica, em que os participantes podem negociar livremente todas as condições comerciais como fornecedor, preço, quantidade de energia contratada, período de suprimento, pagamento, entre outras. O mercado livre é um ambiente de negociação onde consumidores “livres” podem comprar energia alternativamente ao suprimento da concessionária local. Nesse ambiente, o consumidor negocia o preço da sua energia diretamente com os agentes geradores e comercializadores. Dessa forma, o cliente livre pode escolher qual será o seu fornecedor de energia. 3 “Para efeito de tarifação, o ano é dividido em dois períodos, um período seco que compreende os meses de maio a novembro (sete meses) e um período úmido, que compreende os meses de dezembro a abril (cinco meses). Em algumas modalidades tarifárias, no período seco o consumo tem preços mais elevados” (PROCEL, 2001, p. 6). Com base no exposto, explique com suas palavras o que é o período seco? 12 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I FONTE: PROCEL – PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA. Manual de tarifação da energia elétrica. Brasília, DF: ELETROBRAS, 2001. p. 6. Disponível em: http://www.sef.sc.gov.br/arquivos_portal/assuntos/9/manual_ de_tarifacao.pdf. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: O período seco é o período de sete meses consecutivos, compreendendo os fornecimentos abrangidos pelas leituras do consumo de energia, de maio a novembro de cada ano. 4 No Brasil existem mais de uma modalidade de tarifa de energia, que são definidas de acordo com o consumo e demanda de potência da unidade consumidora. Além disso, os consumidores são divididos em dois grupos distintos. Com base nesse contexto, disserte sobre a modalidade de tarifa branca: FONTE: <https://www.briskcom.com.br/blog-quais-sao-as-modalidades-de-tarifa-de- energia/>. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: A partir 1º de janeiro de 2020, a opção pela tarifa branca está disponível para todas as unidades consumidoras conectadas em baixa tensão (residências e pequenos comércios, por exemplo). A modalidade não se aplica a consumidores residenciais classificados como baixa renda, beneficiários de descontos previstos em lei e à iluminação pública. A tarifa branca sinaliza aos consumidores a variação do valor da energia conforme o dia e o horário do consumo. 5 A ANEEL desenvolve metodologias de cálculo tarifário para os diversos segmentos do setor elétrico (geração, transmissão, distribuição e comercialização), considerando fatores como a infraestrutura, fatores econômicos de incentivos à modicidade tarifária e sinalização ao mercado. Vale ressaltar que estamos tratando aqui da tarifa do consumidor cativo, aquele que, compulsoriamente, compra energia da concessionária regional. Este consumidor não tem poder de negociação e para ter acesso a energia elétrica deve se sujeitar a tarifa estipulada pela ANEEL. O consumidor livre de energia, por outro lado, escolhe o fornecedor que melhor atende as suas expectativas e com ele pode negociar o preço que irá pagar pela energia consumida. Com base no exposto, disserte sobre a diferença entre a modalidade de tarifa azul e a modalidade de tarifa verde: FONTE: <https://www.briskcom.com.br/blog-quais-sao-as-modalidades-de-tarifa-de- energia/>. Acesso em: 30 jul. 2021. 13 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I R.: Em resumo, a diferença entre a tarifa azul e verde é a tarifa paga no consumo de ponta: a tarifa verde tem apenas um valor para demanda e um preço mais alto no transporte de ponta, ao passo que a tarifa azul tem dois valores de demanda, os quais mudam de acordo com as horas de utilização do dia. 6 O MAE, antecessor da CCEE, responsávelpela implementação e pela execução de todo o processo, desenvolveu uma sistemática própria para esse leilão, utilizando sistema do Banco do Brasil para que os interessados pudessem comprar e vender energia por meio eletrônico, via internet, de forma clara, eficaz e segura. O leilão público atendeu ao disposto no artigo 27 da Lei nº 10.438/2002. Com base no exposto, analise as sentenças seguintes: FONTE: <https://bit.ly/37joE7Y>. Acesso em: 30 jul. 2021. I- O leilão de fontes alternativas foi instituído com o objetivo de atender ao crescimento do mercado no ambiente regulado e aumentar a participação de fontes renováveis – eólica, biomassa e energia proveniente de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) – na matriz energética brasileira. II- O leilão de fontes alternativas foi regulamentado por meio do Decreto nº 9.048, de 29 de fevereiro de 2008, o qual altera a redação do Decreto nº 7.163, de 30 de julho de 2004. III- O leilão de excedentes foi realizado pelo MAE em 2003, e teve como objetivo a venda dos excedentes de energia elétrica das concessionárias e autorizadas de geração decorrentes da liberação dos contratos iniciais, bem como os montantes estabelecidos nas Resoluções Normativas da ANEEL nº 297, 454 e 455, todas de 1999, compreendidos como energia de geração própria. É CORRETO apenas o que se afirma em: a) (X) I. b) ( ) II. c) ( ) III. d) ( ) I, II e III. 7 O fornecimento da energia elétrica com segurança, qualidade adequada e a custos módicos é imprescindível para a garantia da competitividade da indústria nacional. Entretanto, nos últimos 14 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I anos, o setor tem seguido no sentido oposto, com constantes elevações no custo da energia elétrica. Com base no exposto, analise as sentenças seguintes: FONTE: <https://www.firjan.com.br/publicacoes/publicacoes-de-economia/quanto- custa-a-energia-eletrica.htm>. Acesso em: 30 jul. 2021. I- A energia elétrica é insumo fundamental e estratégico, sendo o principal energético utilizado por 79% das empresas e podendo representar mais de 40% de seus custos de produção. II- A elevação da tarifa de energia elétrica não se deve tanto a questões estruturais e conjunturais. III- Quase um terço das usinas são as chamadas “a fio d’agua”, ou seja, não possuem grandes reservatórios de acumulação, o que deixa o sistema cada vez mais vulnerável a hidrologia. É CORRETO apenas o que se afirma em: a) (X) I. b) ( ) II. c) ( ) III. d) ( ) I, II e III. 8 O Sistema Interligado Nacional (SIN) é um sistema de coordenação e controle que congrega o sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil, um sistema hidrotérmico de grande porte, com predominância de usinas hidrelétricas e proprietários múltiplos, estatais e privados. Foi criado em 1998 através da Resolução nº 351 do Ministério das Minas e Energia, em conformidade com a Lei 9.648/1998 e o Decreto 2.655/1998. Apenas 1,7% da capacidade de produção de eletricidade do país encontra- se fora do SIN, em pequenos sistemas isolados localizados principalmente na região amazônica. Com base no exposto, classifique em V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas: ( ) A análise da matriz elétrica brasileira mostra uma elevada participação de fontes renováveis e tradicionalmente de menor custo, como as hidrelétricas (cerca de 65% da capacidade instalada). ( ) No Brasil, a energia é proveniente, principalmente, de hidrelétricas de grande porte. As usinas térmicas também desempenham papel fundamental, pois complementam a geração hidrelétrica em períodos de estiagem e, em horários de pico. 15 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I ( ) O sistema é atualmente dividido em três submercados (sudeste, nordeste e norte). ( ) Submercados são divisões do Sistema Integrado Nacional (SIN) para as quais são estabelecidos os Preços de Liquidação de Diferenças (PLDs) iguais e cujas fronteiras são definidas em razão da presença e duração de restrições relevantes de transmissão aos fluxos de energia elétrica no SIN. Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) F – V – F – V. b) ( ) F – F – V – V. c) ( ) V – F – V – F. d) (X) V – V – F – F. TÓPICO 3 1 A Agência Nacional de Energia Elétrica é uma autarquia sob regime especial, vinculada ao Ministério de Minas e Energia, com sede e foro no Distrito Federal. Com base no exposto, explique o que é a ANEEL, qual a lei que a regulamenta e cite algumas de suas atribuições: R.: A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), autarquia em regime especial vinculada ao Ministério de Minas e Energia, foi criada para regular o setor elétrico brasileiro, por meio da Lei nº 9.427/1996 e do Decreto nº 2.335/1997. A ANEEL iniciou suas atividades em dezembro de 1997, tendo como principais atribuições: • Regular a geração (produção), transmissão, distribuição e comercialização de energia elétrica. • Fiscalizar, diretamente ou mediante convênios com órgãos estaduais, as concessões, as permissões e os serviços de energia elétrica. • Implementar as políticas e diretrizes do governo federal relativas à exploração da energia elétrica e ao aproveitamento dos potenciais hidráulicos. • Estabelecer tarifas. • Dirimir as divergências, na esfera administrativa, entre os agentes e entre esses agentes e os consumidores. 16 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I • Promover as atividades de outorgas de concessão, permissão e autorização de empreendimentos e serviços de energia elétrica, por delegação do Governo Federal. 2 A ideia de progresso e desenvolvimento que marcou o século XIX teve, em grande parte, relação com o avanço técnico que se instalava no Brasil – a energia elétrica. A necessidade veio em decorrência da implantação da República, em 1889, quando se buscou suprir cada vez mais a crescente necessidade de energia pública e industrial. Entretanto, era por meio de pequenas usinas geradoras de energia que a eletricidade era alcançada, sendo a primeira UHE (usina hidrelétrica) à fio d´água a ser instalada em Minas Gerais. Dessa maneira, houve um esperado interesse por parte de empresas estrangeiras em investir na área de energia elétrica, levando em consideração o crescimento vertiginoso em potencial das grandes cidades brasileiras, notadamente, São Paulo e Rio de Janeiro. Com base no exposto, explique o que é o ONS: R.: O ONS possui caráter estritamente técnico, de natureza privada, sem fins lucrativos e que desempenha funções de coordenação do Sistema Interligado Nacional (SIN). São suas principais competências: • programar a operação e o despacho centralizado da geração; • supervisionar e controlar a operação no SIN e nas interligações internacionais; • contratar e administrar os serviços de transmissão de energia elétrica; • propor ao poder concedente os reforços dos sistemas existentes; • sugerir regras para a operação da rede básica do SIN, a serem aprovadas pela ANEEL. 3 O Conselho Nacional de Política Energética (CNPE), presidido pelo Ministro de Estado de Minas e Energia, é o órgão de assessoramento do Presidente da República para formulação de políticas e diretrizes de energia. Com base no exposto, descreva quais são as atribuições do CNPE: FONTE: <https://www.gov.br/mme/pt-br/assuntos/conselhos-e-comites/cnpe>. Acesso em: 30 jul. 2021. 17 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I R.: É de responsabilidade do CNPE a formulação de políticas que garantem o suprimento de insumos energéticos nas mais diversas áreas do país, bem como revisar periodicamente as matrizes energéticas das regiões do país. Também é de competência da CNPE estabelecer diretrizes com as mais diversas fontes energéticas: gás natural, biocombustíveis, carvão, energia solar e eólica, entre outras. Destaca-se como atuação do CNPE a indicação dos empreendimentos das usinas hidrelétricas de Santo Antônio, Jirau e Belo Monte. 4 “O Setor Elétrico Brasileiro é bastante complexo na sua estrutura organizacional. No início do séculoXX, quando a energia elétrica começou a ser instalada no país, a indústria elétrica era majoritariamente explorada por empresas estrangeiras, com destaque a empresa canadense Light e a norte-americana Amforp. Não havia uma legislação específica ou segurança institucional no país. A participação do Estado nos contratos de concessão de energia era bastante tímida” (TOLMASQUIM, 2011, p. 4 apud ALMEIDA, 2012, p. 1). Com base no exposto, descreva a estrutura organizacional do setor energético brasileiro: FONTE: ALMEIDA, C. O. de. O desafio institucional do setor elétrico brasileiro. 2012. 94 f. Monografia (Bacharelado em Ciência Política) – Instituto de Ciência Política, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 2012. p. 1. Disponível em: https://bdm. unb.br/bitstream/10483/3957/1/2012_CamilaOliveiradeAlmeida.pdf. Acesso em: 30 jul. 2021. R.: O setor elétrico mundial tem passado por amplo processo de reestruturação organizacional. No modelo atual os sistemas elétricos são tipicamente divididos em segmentos como: geração, transmissão, distribuição e comercialização. No Brasil, o processo de reestruturação foi desencadeado com a criação de um novo marco regulatório, a desestatização das empresas do setor elétrico e a abertura do mercado de energia elétrica. Para gerenciar o novo modelo do setor elétrico, o Governo Federal criou a estrutura organizacional definida a seguir: • Conselho Nacional de Política Energética (CNPE): órgão de assessoramento do Presidente da República para formulação de políticas nacionais e diretrizes de energia, visando, dentre outros, o aproveitamento natural dos recursos energéticos do país, a revisão periódica da matriz energética e a definição de diretrizes para programas específicos. 18 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I • Ministério de Minas e Energia (MME): encarregado de formulação, do planejamento e da implementação de ações do Governo Federal no âmbito da política energética nacional. O MME detém o poder concedente. • Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico (CMSE): constituído no âmbito do MME e sob sua coordenação direta, com a função precípua de acompanhar e avaliar permanentemente a continuidade e a segurança do suprimento eletro energético em todo o território. • Empresa de Pesquisa Energética (EPE): empresa pública federal vinculada ao MME, tem por finalidade prestar serviços na área de estudos e pesquisas destinados a subsidiar o planejamento do setor energético. • Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL): autarquia vinculada ao MME com finalidade de regular a fiscalização, produção, transmissão, distribuição e comercialização de energia em conformidade com as políticas e diretrizes do Governo Federal. A ANEEL detém o poder regulador e fiscalizador. • Operador Nacional do Sistema Elétrico (NOS): pessoa jurídica de direito privado, sem fins lucrativos, sob regulação e fiscalização da ANEEL, tem por objetivo executar as atividades de coordenação e controle da operação de geração e transmissão, no âmbito do SIN (Sistema Interligado Nacional). O ONS é responsável pela operação física do sistema e pelo despacho energético centralizado. • Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE): pessoa jurídica de direito privado, sem fins lucrativos, sob regulação e fiscalização da ANEEL, com finalidade de viabilizar a comercialização de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional (SIN). Administra os contratos de compra e venda de energia elétrica, sua contabilização e liquidação. A CCEE é responsável pela operação comercial do sistema. • Agências estaduais de energia elétrica: nos estados foram criadas as Agências Reguladoras Estaduais com a finalidade de descentralizar as atividades da ANEEL. • Eletrobras. • Agentes Setoriais: agentes relacionados ao setor de energia elétrica. • ABRAGE: Associação Brasileira das Empresas Geradoras de Energia Elétrica. Empresas associadas: AES TIETÊ, CDSA, CEMIG, CESP, CEEE, DUKE-GP, CHESF, COPEL, ELETRONORTE, EMAE, FURNAS, LIGHT, TRACTEBEL ENERGIA. 19 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I • ABRATE: Associação Brasileira de Grandes Empresas de Transmissão de Energia Elétrica. Empresas associadas: CEMIG, CTEEP, CHESF, COPEL Transmissão S.A, ELETRONORTE, Furnas Centrais Elétricas AS, Companhia Estadual de Geração e Transmissão de Energia Elétrica, CEEE GT, ELETROSUL Centrais Elétricas S.A. • ABRADEE: Associação Brasileira de Distribuidores de Energia Elétrica. Empresas associadas (48 dentre as 67 concessionárias de distribuição): dentre muitas está a CELESC (CENTRAIS ELÉTRICAS DE SANTA CATARINA S.A.). • ABEER: Associação Brasileira das Empresas de Energia Renovável. • ABRACEEL: Associação Brasileira dos Agentes Comercializadores de Energia Elétrica. • ABRACEE: Associação Brasileira de Grandes Consumidores Industriais de Energia e de Consumidores Livres. • APINE: Associação Brasileira dos Produtores Independentes de Energia Elétrica. • Os produtores independentes (PIEs) são empresas ou grupo de empresas reunidas em consórcio, com autorização ou concessão para produzir energia destinada ao comércio de toda ou parte da produção por sua conta e risco. Os PIs têm como garantia o livre acesso aos sistemas elétricos, além disso, têm autonomia para fechar contratos bilaterais de compra e venda de energia elétrica. 5 A Eletrobras, que entrou em operação no Rio de Janeiro em 1962, controla, como principal acionista, seis subsidiárias, além de ser a principal patrocinadora da CEPEL. Em nome do governo brasileiro, é dona de 50% do capital da Itaipu Binacional. Com base no exposto, descreva o que é a Eletrobras: R.: A Eletrobras controla grande parte dos sistemas de geração e transmissão de energia elétrica do Brasil por intermédio de seis subsidiárias: Chesf, Furnas, Eletrosul, Eletronorte, CGTEE (Companhia de Geração Térmica de Energia Elétrica) e Eletronuclear. A empresa possui ainda 50% da Itaipu Binacional, e também controla o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (Cepel), o maior de seu gênero no Hemisfério Sul. A Eletrobras dá suporte a programas estratégicos do Governo Federal, como o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa), o Programa 20 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I Nacional de Universalização do Acesso e Uso da Energia Elétrica (Luz para Todos) e o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel). 6 “A geração bruta de energia elétrica no país, em 2001, foi de 296.237 GWh, o que significou um recuo ao montante alcançado a quatro anos antes, em 1998 de 301.160 GWh. Esse recuo deve-se ao racionamento decorrente da crise de maio de 2001 e à geração hidroelétrica, responsável por cerca de 90% da matriz brasileira. Em que pese a pequena ponderação da geração térmica na matriz, cabe registrar seu expressivo crescimento, de 127%, no período entre 1999 e 2001, conforme dados do Sistema de Informações Estatísticas do Setor Elétrico (SIESE), da ELETROBRAS” (TAVARES, 2003, p. 19). Com base no exposto, analise as sentenças a seguir: FONTE: TAVARES, S. R. R. O papel da ANEEL no setor elétrico brasileiro. 2003, 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2003. p. 19. Disponível em: http:// repositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/263925/1/Tavares_SilvioRomeroRibeiro_M. pdf. Acesso em: 30 jul. 2021. I- A criação da Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (Eletrobras) foi proposta em 1954 pelo presidente Getúlio Vargas. II- O projeto enfrentou grande oposição e só foi aprovado após sete anos de tramitação no Congresso Nacional. III- A Eletrobras é uma sociedade de economia mista e de capital aberto sob controle acionário do Governo Federal brasileiro e atua como uma holding, dividida em geração, transmissão e distribuição, criada em 1500 para coordenar todas as empresas do setor elétrico. É CORRETO apenas o que se afirma em: a) (X) I e II. b) ( ) II e III. c) ( ) Ie III. d) ( ) I, II e III. 7 O modelo do setor elétrico brasileiro pressupõe competição, participação do capital privado e um Estado regulador. Nesse modelo, assume importância o papel da agência reguladora com 21 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I todos os seus pressupostos de autonomia adotada, que foi a alternativa por entidade da administração indireta, seguindo-se a experiência usual de outros países” (TAVARES, 2003, p. 30). Com base no exposto, analise as sentenças a seguir: FONTE: TAVARES, S. R. R. O papel da ANEEL no setor elétrico brasileiro. 2003, 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2003. p. 30. Disponível em: http:// repositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/263925/1/Tavares_SilvioRomeroRibeiro_M. pdf. Acesso em: 30 jul. 2021. I- O Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico foi criado em 2004, o CMSE é um órgão sob coordenação do Ministério de Minas e Energia, tendo sua principal função acompanhar a segurança do suprimento de energia elétrica em todo o território nacional. II- Integram permanentemente o conselho membros do Ministério de Minas e Energia (MME), do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), da Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE) e da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). III- As associações do setor uniram suas forças exercendo pressão política para inserir um membro permanente no CMSE, sendo que a decisão por parte do MME veio em julho de 2020. É CORRETO apenas o que se afirma em: a) (X) I e II. b) ( ) II e III. c) ( ) I e III. d) ( ) I, II e III. 22 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I UNIDADE 2 TÓPICO 1 1 Os componentes de um sistema de potência propiciam a geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, adequadamente supervisionados por mecanismos de controle em usina e subestações. Com base nisso, assinale a alternativa CORRETA: a) (X) Na representação de sistemas elétricos de potência geralmente utilizamos diagramas unifilares a fim de representar uma única fase de um sistema trifásico. b) ( ) Na representação de sistemas elétricos de potência geralmente utilizamos diagramas multifilares a fim de representar uma única fase de um sistema trifásico. c) ( ) Na representação de sistemas elétricos de potência geralmente utilizamos diagramas bifilares a fim de representar uma única fase de um sistema trifásico. d) ( ) Na representação de sistemas elétricos de potência geralmente utilizamos diagramas trifilares a fim de representar uma única fase de um sistema trifásico. 2 Embora os Sistemas Elétricos de Potência em corrente alternada sejam trifásicos, é comum representá-los utilizando apenas uma das fases e o neutro (ou terra). Dessa forma todos os componentes (ou os mais importantes) de um sistema elétrico são agrupados em um diagrama unifilar e representados através de símbolos padronizados. Para efeito de cálculos e análise em Sistemas Elétricos de Potência, torna- se conveniente apresentar o diagrama unifilar com os componentes essenciais do sistema e suas respectivas impedâncias ou reatâncias. Com base nesse assunto, analise as sentenças seguintes: I- Há uma padronização dos símbolos utilizados nos diagramas unifilares a fim de representar os equipamentos do SEP. II- Um diagrama de reatâncias, geralmente, contém os valores das reatâncias dos equipamentos em pu, uma vez que podemos desprezar os valores das resistências desses equipamentos, por elas serem muito menores que os valores das reatâncias deles. 23 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I III- Não há uma padronização dos símbolos utilizados nos diagramas unifilares a fim de representar os equipamentos do SEP e, ainda, o uso dos cálculos doas grandezas dos equipamentos do SEP em pu não é necessária. Trata-se de uma prática antiga utilizada pelos engenheiros e, que, atualmente com o advento da internet essa prática tem caído em desuso. Assinale a alternativa CORRETA: a) (X) As sentenças I e II estão corretas. b) ( ) As sentenças I e III estão corretas. c) ( ) As sentenças II e III estão corretas. d) ( ) As sentenças Somente III estão corretas. 3 A geração de energia elétrica é realizada em usinas localizadas em função de suas características próprias. Usinas hidrelétricas, que utilizam o represamento de rios e lagos, são localizadas nos pontos dos rios e lagos considerados mais eficientes para o armazenamento do volume ideal de água. Usinas térmicas podem ser localizadas em pontos mais convenientes para a transmissão e controle. O SEP engloba todos os setores da geração, transmissão e da distribuição de energia elétrica. Para que isso acontece de forma satisfatória, são necessários vários atores e vários equipamentos para controle e manutenção do SEP. Com base no exposto, marque V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas: ( ) Os fabricantes fornecem os valores pu dos seus equipamentos, tendo por bases as grandezas nominais dos produtos fornecidos. ( ) A grande diversidade desses equipamentos de potência, num mesmo SEP, exige a mudança de bases, com o intuito de padronizar os cálculos em pu. ( ) Um valor por unidade de uma grandeza é o valor que resulta da sua medição, ou seja, é o valor que resulta da sua comparação com os valores de alta tensão do transformador do SEP. ( ) O valor por unidade de qualquer grandeza é a relação entre o valor absoluto da grandeza e o valor base, relação essa expressa em fração decimal. Assinale a alternativa que contém a sequência CORRETA: 24 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I a) (X) V – V – F – V. b) ( ) F – V – F – F. c) ( ) V – F – V – F. d) ( ) F – F – V – V. 4 Em engenharia elétrica, na área de sistemas de potência, o uso de valores relativos (percentuais ou por unidade) proporciona inúmeras vantagens, que são: a simplificação dos cálculos, a facilidade de comparação de equipamentos e máquinas semelhantes e, a possibilidade de memorização de valores correspondentes a grandezas características de equipamentos. Com base nisso, disserte sobre o sistema pu. R.: O sistema "por unidade" ou sistema pu consiste na definição de valores de base para as grandezas (tensão, corrente, potência etc.), seguida da substituição dos valores das variáveis e constantes (expressas no Sistema Internacional de unidades) pelas suas relações com os valores de base pré-definidos. Para uma grandeza G o valor em pu numa base Gb obtém-se, então, através da expressão Gpu = G/Gb. Ele é utilizado em engenharia elétrica para representação das grandezas dos equipamentos a fim de simplificar os cálculos, usando uma única base nas unidades. 5 A partir do diagrama unifilar, fazendo uso dos modelos representativos dos componentes de um sistema elétrico de potência (SEP), o engenheiro deve elaborar um diagrama de impedâncias em pu, que passa a usado nos cálculos e análises do SEP. Com base nesse assunto, disserte sobre o diagrama de impedâncias ou reatâncias. R.: A utilização de hipóteses simplificadores e de um sistema de mudança de bases utilizando os valores das grandezas dos equipamentos de um SEP nos conduz ao diagrama de impedâncias que também é conhecido como diagrama de reatâncias. Quando não utilizamos os dois valores da impedância Z, como conhecemos, ou seja, Z = R +jX, podemos desprezar a parte resistiva por ela ser muito menor que a parte imaginária que representa a reatância. Quando isso acontece, dizemos que o diagrama em voga, que representa o SEP pu um trecho do SEP, é o diagrama de reatâncias e não de impedâncias, pois, estamos usando apenas jX em pu para representar cada elemento. 25 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I TÓPICO 2 1 (PETROBRÁS, 2004) Acerca da representação de grandezas por valor por unidade (pu) em um sistema elétrico de potência, julgue as sentenças a seguir: FONTE: Adaptada de <https://www.qconcursos.com/questoes-de-concursos/ questoes/f4c3c5ed-87>. Acesso em: 22 set. 2021. I- Essarepresentação é aplicada somente a estudos em sistemas elétricos de potência trifásicos e monofásicos. II- Por meio dessa representação, escolhendo-se uma base de tensão e outra de corrente, é possível calcular bases de impedância e de potência, entre outras. III- Para fins de cálculo de valores pu em um transformador trifásico de dois enrolamentos, a impedância base é maior no lado cujo enrolamento apresenta maior tensão. IV- Ao ser convertida em valor pu de outra base, a reatância em pu de um gerador depende da potência em MW do gerador. V- O valor em pu da impedância de um transformador trifásico de potência – constituído a partir de um banco de transformadores monofásicos idênticos – é igual ao valor em pu da impedância de um transformador monofásico do banco. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) As sentenças I, IV e V estão corretas. b) ( ) As sentenças II e I estão corretas. c) (X) As sentenças II, III e V estão corretas. d) ( ) As sentenças III e V estão corretas. 2 (INPI 2002) Um gerador síncrono trifásico, 130 MVA, 13,8 kV, tem reatância síncrona igual a 1,87 pu em sua própria base. Esta máquina é ligada a um transformador de 13,2 kV/126 kV, de potência nominal também igual a 130 MVA. A reatância do transformador vale 9,7% em sua própria base. A impedância equivalente série do sistema de transmissão como vista dos terminais de alta tensão do transformador é de 15% na base 100 MVA, 120 kV. A reatância série total dos três elementos (gerador 26 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I + transformador + sistema) que pode ser usada nas equações de transferência de potência entre o gerador e o sistema, expressa em pu na base 130 MVA, 120 kV, é de: FONTE: <https://www.estudegratis.com.br/questao-de-concurso/411196>. Acesso em: 22 set. 2021. a) ( ) 2,.234 b) (X) 2,555. c) ( ) 2,835. d) ( ) 3,112. e) ( ) 3,426. 3 (PETROBRAS, 2004) a Figura III a seguir mostra uma rede elétrica constituída de um gerador ideal, um transformador de potência, uma linha de transmissão e uma carga equivalente, devidamente conectados, formando um sistema elétrico de potência trifásico. A Figura IV mostra o circuito elétrico correspondente ao diagrama unifilar da rede e dos dados informados. Em relação à modelagem dos equipamentos, o gerador é representado pela tensão em seus terminais. O transformador e a linha de transmissão são representados por suas reatâncias equivalentes e a carga por uma impedância constante z. O circuito equivalente é utilizado para a determinação de grandezas como tensão, corrente e potência em operação normal e regime permanente. Considere que o gerador é ajustado para operar gerando tensão nominal em seus terminais. FONTE: Adaptada de <https://www.tecconcursos.com.br/questoes/1420693>. Acesso em: 22 set. 2021. 27 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I A partir do diagrama unifilar da rede elétrica e do seu circuito elétrico equivalente em pu da base de 100 MVA e tensão de 10 kV no gerador G1, analise as sentenças que seguem: I- A impedância z representativa da carga é composta de uma componente resistiva e de outra indutiva. II- Para a condição de operação do gerador, o módulo da tensão V3 nos terminais da carga é igual a 1,0 pu. III- O valor em pu da reatância da linha de transmissão é igual a 0,4 pu. IV- Para a condição de operação do gerador, a potência ativa necessária para atender à carga é igual a 64 MW. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) As sentenças I e IV estão corretas. b) ( ) As sentenças II e I estão corretas. c) ( ) As sentenças II, III e V estão corretas. d) (X) As sentenças I e III estão corretas. 4 Certa máquina trifásica tem em cada fase reatância igual a 1,5 pu, com potência base e tensão base iguais a, respectivamente, 300 MVA e 25 kV. Determine: (a) o valor em ohms da reatância. (b) o valor em pu da reatância, nas bases de 100 MVA e 20 kV. R.: (a) Zb = 2,08 ohms e X = 3,12 ohms (b) X = 0,781 pu. 5 Determine a reatância subtransitória, em ohms, de um alternador monofásico de 150 kVA, 600 V, cujo fabricante informa ser esta reatância igual a 20%. R.: X” = 0,48 ohms. 28 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I TÓPICO 3 1 Um dos primeiros modelos a representar a linha de transmissão diretamente no domínio do tempo foi desenvolvido por H. W. Dommel. Baseou-se no método das características ou método de Bergeron e consiste em combinar o método das características com o método numérico de integração trapezoidal. Resultou em um algoritmo capaz de simular transitórios eletromagnéticos em redes cujos parâmetros são discretos ou distribuídos. Esse algoritmo sofreu sucessivas evoluções e atualmente é conhecido como Eletromagnetic Transients Program, ou simplesmente EMTP. Com base no exposto, disserte sobre as linhas de transmissão: R.: As linhas de transmissão são torres altas de tensão que levam a energia elétrica por longas distâncias. Para reduzir as perdas de energia durante o caminho, ela é transmitida com valores de alta tensão. Essa transmissão não é irradiada, e sim guiada de uma fonte geradora para uma carga consumidora, podendo ser uma guia de onda, um cabo coaxial ou fios paralelos ou torcidos. Seus componentes principais são as torres, os isoladores e as subestações. Nas últimas décadas mostrou-se a possibilidade de uso de corrente contínua em alta tensão (CCAT, em inglês HVDC), para a transmissão de grandes blocos de energia. A conversão entre corrente alternada e corrente contínua é realizada através de retificadores utilizando tiristores de alta tensão. O uso do CCAT provê uma série de vantagens, tais como o desacoplamento entre sistemas e a economia de cabos, usando de estruturas mais leves. A transmissão em corrente contínua pode ser realizada de forma unipolar (um condutor, com retorno pelo terra) ou bipolar (dois condutores, de polaridades positiva e negativa). As linhas de transmissão que conhecemos são aéreas, porém, elas também podem ser subterrâneas e aquáticas, dependendo do país ou da situação. Uma solução para os grandes centros urbanos é o uso de linhas de transmissão subterrâneas. A principal dificuldade é no isolamento e blindagem dos condutores, de forma a acomodarem-se nos espaços reduzidos, ao contrário das linhas aéreas que utilizam cabos nus, utilizando-se do ar como isolante natural. O uso de linhas de transmissão submarinas evita o uso dessas estruturas, reduzindo 29 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I a poluição visual e evitando problemas em locais com travessias de navios. A linha submarina tem a limitação de possuir uma grande capacitância, reduzindo o seu alcance prático para aplicações em corrente alternada, facto no qual é preferível o uso de linhas em corrente contínua. 2 Em linhas de transmissão podem ocorrer descargas elétricas, devido ao efeito corona, entre o condutor fase e o solo. Essas descargas ocorrem quando a diferença de potencial entre uma fase da linha e o solo excede o valor do gradiente crítico disruptivo do ar. Com base no exposto, disserte sobre o efeito corona em linhas de transmissão: R.: O Efeito Corona é um mecanismo de descarga eletrostática que acontece devido a ionização em um material isolante, geralmente um gás, sujeito a um campo elétrico de intensidade acima de um nível crítico. Descargas elétricas em gases são geralmente iniciadas por um campo elétrico que acelera elétrons livres aí existentes. Quando esses elétrons adquirem energia suficiente do campo elétrico, eles podem produzir novos elétrons a partir do choque com outros átomos. É o processo de ionização por impacto. Durante a sua aceleração no campo elétrico, cada elétron livre colide com átomos de oxigênio, nitrogênio e outros gases presentes, perdendo, nessa colisão, parte de sua energia cinética. Ocasionalmente, um elétron pode atingir um átomo com força suficiente, de forma a excitá-lo. Nessas condições, o átomo atingido passa a um estado de energia mais elevado. O estado orbital de um ou mais elétrons mudae o elétron que colidiu com o átomo perde parte de sua energia, para criar esse estado. Posteriormente, o átomo atingido pode reverter ao seu estado inicial, liberando o excesso de energia em forma de calor, luz, energia acústica e radiações eletromagnéticas. Um elétron pode igualmente colidir com um íon positivo, convertendo-o em átomo neutro. Esse processo, denominado recombinação, também libera o excesso de energia. 3 As linhas de transmissão (LT) são dispositivos usados para a transmissão de sinais (informação) ou de energia através da propagação guiada de ondas eletromagnéticas. Com base no exposto, assinale a alternativa CORRETA: 30 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I a) (X) Uma linha de transmissão é caracterizada pelos seguintes parâmetros: resistência; indutância; condutância e capacitância. b) ( ) Uma linha de transmissão é caracterizada pelos seguintes parâmetros: resistência; indutância; condutância e impedância. c) ( ) Uma linha de transmissão é caracterizada pelos seguintes parâmetros: resistência; indutância; condutância e susceptância. d) ( ) Uma linha de transmissão é caracterizada pelos seguintes parâmetros: resistência; indutância; condutância e reatância. 4 À medida que a tensão elétrica em uma linha de transmissão for aumentando, alcançasse um valor no qual o ar que envolve o condutor torna-se ionizado, devido à força elétrica na superfície sobre ele exceder um valor limite. A camada ionizada envolve o condutor, com isso, aumentando o seu diâmetro até um ponto em que as forças elétricas sejam insuficientes para causar mais ionização. Com base no exposto, assinale a alternativa CORRETA: a) (X) Esse tipo de fenômeno é conhecido como efeito corona. b) ( ) Esse tipo de fenômeno é conhecido como efeito Joule. c) ( ) Esse tipo de fenômeno é conhecido como efeito Dommel. d) ( ) Esse tipo de fenômeno é conhecido como efeito Peek. 5 Para viabilizar o novo modelo de gestão e operação do sistema elétrico não basta apenas uma reestruturação administrativa. É necessário desenvolver tecnologias que permitam o controle das variáveis elétricas em questão, visando monitorar o fluxo de potência através das linhas, otimizar o uso dos equipamentos, garantir a qualidade da energia suprida e aumentar a proteção e segurança do usuário, bem como a preservação do meio ambiente. Com base no exposto, assinale a alternativa CORRETA: a) (X) Em 1988, N. G. Hingorani, pesquisador do EPRI (Electrical Power Research Institute) dos EUA, lançou o conceito básico de FACTS - "Flexible Alternating Current Transmission Systems”. b) ( ) Em 1978, N. G. Hingorani, pesquisador do EPRI (Electrical Power Research Institute) do UK, lançou o conceito básico de FACTS - "Flexible Alternating Current Transmission Systems”. 31 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I c) ( ) Em 1998, N. G. Hingorani, pesquisador do EPRI (Electrical Power Research Institute) da Alemanha, lançou o conceito básico de FACTS - "Flexible Alternating Current Transmission Systems”. d) ( ) Em 2008, N. G. Hingorani, pesquisador do EPRI (Electrical Power Research Institute) da Rússia, lançou o conceito básico de FACTS - "Flexible Alternating Current Transmission Systems”. UNIDADE 3 TÓPICO 1 1 Sabe-se que todo curto-circuito trifásico apresenta uma componente alternada simétrica e uma componente contínua decrescente. A corrente de curto-circuito próxima a um gerador, nos seus terminais, por exemplo, apresenta um decaimento no seu valor, tanto da componente alternada simétrica quanto da componente contínua. Nesse caso, a reatância varia ao longo do tempo, de forma que o curto passa pelos períodos subtransitório, transitório e permanente. Com base no exposto, explique o que é um curto-circuito trifásico: R.: A análise de circuitos trifásicos equilibrados (tensões equilibradas e impedâncias iguais nas fases) pode ser reduzida a apenas uma fase, com a tensão fase-neutro aplicada em série com a impedância equivalente de uma fase. Isso ocorre devido às correntes serem iguais em módulo e defasadas 120º umas das outras. Como no curto-circuito trifásico a rede é equilibrada, a análise desse tipo de curto-circuito é simplificada considerando-se uma fonte de tensão senoidal em série com uma impedância constante (curto quilométrico) formada essencialmente por uma resistência (R) e uma reatância (L), que constituem a impedância Thévenin vista do ponto de defeito. 2 Os curtos-circuitos são os eventos indesejados mais comuns em sistemas de potência. Um curto-circuito consiste em um contato entre condutores sob potenciais diferentes. Esse contato pode ser direto entre os condutores ou através de impedância ou indireto.Com base no exposto, quais são os tipos de curto-circuito mais comuns? 32 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I R.: Os tipos mais comuns de curto-circuito são: curto-circuito trifásico, curto-circuito monofásico, curto-circuito bifásico à terra e curto- circuito bifásico. 3 Curto-circuito é a passagem de corrente elétrica acima do normal em um circuito devido à redução abrupta da impedância dele. Normalmente o curto-circuito provoca danos tanto no circuito elétrico em que ocorre como no elemento que causou a redução de impedância. Com base no exposto, marque V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas: ( ) Se a resistência da linha de transmissão tender a zero, terá como consequência o aumento do valor de corrente mantendo a tensão do gerador constante. ( ) Independentemente do tipo de curto-circuito, se tem ocorrência do aumento da corrente circulante em relação à corrente nominal do circuito. ( ) Se a resistência da linha de transmissão tender a infinito, terá como consequência o aumento do valor de corrente mantendo a tensão do gerador constante. ( ) Dependentemente do tipo de curto-circuito, se tem ocorrência do aumento da corrente circulante em relação à corrente da carga do circuito. Assinale a alternativa que contém a sequência correta: a) (X) V – V – F – F. b) ( ) F – F – V – V. c) ( ) V – F – V – F. d) ( ) F – V – F – V. 4 O fenômeno curto-circuito pode ser definido como uma conexão de impedância muito baixa entre pontos de potenciais diferentes num circuito elétrico. Através de análise estatística dos dados sobre curtos-circuitos, foram constatados os seguintes valores médios para a ocorrência dos tipos de defeitos: curtos-circuitos trifásicos: 5%; curtos-circuitos dupla-fase: 15%; curtos-circuitos dupla-fase-terra: 10%; curtos-circuitos fase-terra: 70%. Com base no exposto, analise as sentenças a seguir: 33 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I I- Curto-circuito Trifásico é assimétrico, não provoca desequilíbrio no sistema e envolve as três fases. II- O Curto-circuito Bifásico-Terra é assimétrico, envolvendo contato com a terra. III- O Curto-circuito Monofásico envolve uma das fases do sistema e a terra. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) As sentenças I e II estão corretas. b) ( ) As sentenças I e III estão corretas. c) (X) As sentenças II e III estão corretas. d) ( ) As sentenças I, II e III estão corretas. 5 Um curto-circuito ocorre quando a corrente elétrica atravessa um condutor ou um dispositivo com resistência desprezível, causando um superaquecimento. Os curtos-circuitos são assim chamados porque representam o caminho mais curto que a corrente elétrica pode realizar em um circuito. Com base no exposto, analise as sentenças a seguir: I- Os cálculos das correntes de curto-circuito são utilizados para coordenação e dimensionamento da proteção, evitando destruições e acidentes. II- Os cálculos de curto-circuito podem ser realizados uma única vez pelo engenheiro eletricista e elas podem sempre ser utilizadas em todos os casos de curto-circuito em SEP’s. III- O curto-circuito trifásico ou simétrico é o mais simples de ser calculado e não requer o uso da técnica de componentes simétricas. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) As sentenças I e II estão corretas. b) (X) Assentenças I e III estão corretas. c) ( ) As sentenças II e III estão corretas. d) ( ) As sentenças I, II e III estão corretas. 34 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I TÓPICO 2 1 Em 1918 o Dr. Fortescue apresentou um trabalho intitulado "Método de Componentes Simétricos aplicado a solução de circuitos polifásicos". Desde então, o teorema de Fortescue tem sido largamente usado em sistemas desiquilibrados, CC entre uma e duas fases. De acordo com o teorema um sistema trifásico desequilibrado pode ser substituído por três sistemas equilibrados de fasores. Com base no exposto, explique o que é o Teorema de Fortescue: R.: O método de componentes simétricas (também conhecido como Teorema de Fortescue) é usado para o estudo de sistemas de potência polifásicos desequilibrados. Consiste na decomposição dos elementos de tensão ou corrente das fases, em parcelas iguais, mas com ângulos de fase diferentes. Dessa forma é possível desmembrar o circuito polifásico em "n" circuitos monofásicos, supondo válido o princípio da sobreposição, ou seja, que os circuitos sejam lineares. As componentes simétricas são extensivamente usadas no estudo do desempenho de sistemas de potência, como por exemplo em condições de curto-circuito. 2 As componentes simétricas são utilizadas em circuitos trifásicos desequilibrados a fim de resolver os curtos-circuitos bifásico, bifásico à terra e monofásico. Com base no exposto, explique o que são as componentes simétricas e para que elas servem: R.: No caso do sistema trifásico, haverá três componentes: zero, positiva e negativa (podendo também ser chamados, respectivamente, de componente homopolar, direta e inversa): • A componente positiva representa o elemento de tensão ou corrente em condições nominais equilibradas, com um sentido de giro, por convenção, positivo. • A componente negativa representa o elemento de tensão ou corrente com sentido de giro inverso. • A componente zero representa o elemento de tensão ou corrente não girante. 3 Um circuito trifásico está em equilíbrio se as três tensões senoidais tiverem a mesma magnitude e frequência e cada tensão estiver 120° fora de fase com as outras duas. As correntes na carga também devem estar em equilíbrio. Com base no exposto, assinale a alternativa CORRETA: 35 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I a) (X) Para circuitos trifásicos equilibrados não há componente de sequência zero. b) ( ) Para circuitos trifásicos desequilibrados não há componente de sequência zero. c) ( ) Para circuitos bifásicos equilibrados não há componente de sequência zero. d) ( ) Para circuitos monofásicos equilibrados não há componente de sequência zero. 4 O trabalho de Fortescue é aplicável a soluções analíticas ou aos analisadores de rede. Provando que um sistema desequilibrado de n fasores correlacionados pode ser decomposto em “n” sistemas de fasores equilibrados, sendo denominados de componentes simétricas dos fasores originais. Com base no exposto, assinale a alternativa CORRETA: a) (X) As componentes simétricas dos fasores originais são compostas por componentes de sequência positiva, componentes de sequência negativa e componentes de sequência zero. b) ( ) As componentes assimétricas dos fasores originais são compostas por componentes de sequência inversa, componentes de sequência negativa e componentes de sequência zero. c) ( ) As componentes simétricas dos fasores originais são compostas por componentes de sequência indireta, componentes de sequência negativa e componentes de sequência zero. d) ( ) As componentes simétricas dos fasores originais são compostas por componentes de sequência positiva, componentes de sequência direta e componentes de sequência zero. 5 No ano de 1918, é apresentado o trabalho intitulado como “Método de Componentes Simétricos Aplicados à Solução de Circuitos Polifásicos”, apresentado pelo Doutor Fortescue. Esse trabalho apresentou o método de componentes simétricas que são utilizadas para resolução dos curtos-circuitos de tipo assimétrico. Com base no exposto, assinale a alternativa CORRETA: a) (X) O trabalho de Fortescue é aplicável a soluções analíticas ou aos analisadores de rede. b) ( ) O trabalho de Fortescue é aplicável a soluções analíticas ou aos analisadores de espectro. 36 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I c) ( ) O trabalho de Fortescue é aplicável a soluções numéricas ou aos analisadores de impedância. d) ( ) O trabalho de Fortescue é aplicável a soluções numéricas ou aos analisadores de potência. TÓPICO 3 1 Entre os principais usuários do ANAFAS estão: entidades setoriais, como Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) e Empresa de Pesquisa Energética (EPE); empresas Eletrobras; agentes de geração, transmissão e distribuição; grandes consumidores industriais; produtores independentes; universidades (versões acadêmicas). Com base no exposto, disserte sobre o ANAFAS: R.: A utilização de um sistema computacional é de extrema necessidade, devido à complexidade dos sistemas elétricos, tanto em termos de dimensão quanto em termos de operação. A partir disso, esse trabalho mostrou como o software ANAFAS (Análise de Faltas Simultâneas) juntamente com o SAPRE (Sistema de Análise e Projeto de Redes Elétricas), modela os sistemas elétricos, sempre com base nos Procedimentos de Rede do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) e facilita as análises dos fenômenos elétricos. Ele permite entender o comportamento da rede elétrica perante as faltas, bem como realizar variados tipos de simulações de curto-circuito. 2 Entre os principais usuários do ANAREDE estão: entidades setoriais, como Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) e Empresa de Pesquisa Energética (EPE); Ministério de Minas e Energia (MME); empresas Eletrobras; agentes de geração, transmissão e distribuição; grandes consumidores industriais; produtores independentes; universidades (versões acadêmicas); empresas de consultoria. Com base no exposto, disserte sobre o ANAREDE: R.: O ANAREDE, é um sistema integrado para análise de regime permanente de sistemas elétricos de potência podendo ser utilizado tanto para estudos em tempo real quanto para ambientes de planejamento (simulações de operação), sendo composto por dez 37 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I programas computacionais que abrangem vários tipos de análise (fluxo de potência, análise de contingência N-1, análise de sensibilidade de tensão e de fluxo de potência, segurança de tensão, entre outros). Possui ainda ferramentas de pós processamento de análise como o PlotCepel, que formula curvas de estudo de segurança de tensão e curvas de geração reativa das máquinas, e o FormCepel, o qual permite a geração e edição de tabelas personalizáveis. 3 O software referido foi desenvolvido pela DRE (Departamento de Redes Elétricas) do CEPEL, ele é utilizado para cálculo de curtos- circuitos na rede elétrica, permitindo a execução automática de grande número de faltas. No Brasil, os seus usuários destacam-se as empresas regionais do setor elétrico agrupados no sistema Eletrobrás (Eletro-Sul, Furnas e EPE), o Operador Nacional do Sistema (ONS) e atualmente já existe uma versão estudantil de tal software permitindo o seu uso nas Universidades públicas, contribuindo dessa forma na formação e consolidação dos engenheiros nela formados. Com base no exposto, assinale a alternativa CORRETA: a) (X) O software referido no texto é o ANAFAS. b) ( ) O software referido no texto é o OCTAVE. c) ( ) O software referido no texto é o MATLAB. d) ( ) O software referido no texto é o POWERWORLD. 4 As faltas ocorrem nos sistemas de energia geralmente na parte mais expostas dele, ou seja, majoritariamente nas linhas de transmissão. Também ocorrem faltas nos geradores e transformadores e demais equipamentos tais como nos sistemas de compensação estática. Com base no exposto, assinale a alternativa CORRETA: a) (X) Um curto-circuito se caracteriza pela diminuição do valor daresistência do local em que ocorreu a falta. b) ( ) Um curto-circuito se caracteriza pelo aumento do valor da resistência do local em que ocorreu a falta. c) ( ) Um curto-circuito se caracteriza pela diminuição do valor da indutância do local em que ocorreu a falta. d) ( ) Um curto-circuito se caracteriza pelo aumento do valor da capacitância do local em que ocorreu a falta. 38 SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA I 5 O Sistema Interligado Nacional (SIN) sofre modificações a todo tempo, com entrada e saída de elementos da rede. Essas modificações se dão, devido às alterações e ampliações nos sistemas de geração e transmissão, bem como alterações de carregamento do sistema. Visando minimizar os impactos causados por essas modificações e acessos, e garantir a correta conexão por parte dos acessantes, o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) propõe regras de acesso à rede consolidadas em Procedimentos de Rede. Com o intuito de atender aos critérios estabelecidos nos Procedimentos de Rede e facilitar os estudos de acesso, o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL) desenvolveu o ANAFAS (Análise de Faltas Simultâneas). Integrado ao ANAFAS, o SAPRE (Sistema de Análise e Projeto de Redes Elétricas) que oferece uma interface de edição de diagramas, facilitando as análises dos fenômenos elétricos. Com base no exposto, assinale a alternativa CORRETA: a) (X) É um software de análise de curto-circuito na rede elétrica, capaz de simular faltas simultâneas, orientar resultados a ponto de falta ou a ponto de monitoração, realizar equivalentes de rede, estudo de superação de disjuntores, entre outros. b) ( ) É um software de análise de estabilidade da rede elétrica, capaz de calcular o fluxo ótimo de potência através de métodos como Newton Raphson e Gauss simplificado, gerar relatórios, fazer análise de contingência, entre outros. c) ( ) É um software de análise de transitórios na rede elétrica, capaz de simular faltas simultâneas, orientar resultados a ponto de falta ou a ponto de monitoração, realizar equivalentes de rede, estudo de superação de disjuntores, entre outros. d) ( ) É um software de análise de sensibilidade de tensão e de fluxo de potência na rede elétrica, capaz de simular equivalente de redes, fluxo de potência continuada, redespacho de potência ativa e aparente, entre outros.
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