Atividade Prática - Sistemas de Potência - 2022

Prévia do material em texto

CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA DE SISTEMAS DE POTÊNCIA 
 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO DO FUNCIONAMENTO DA USINA DE ITAIPU 
 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO: HULIANO FERNANDES M. DE AZEVEDO 
PROFª. Ma. ELIANE SILVA CUSTÓDIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CARUARU - PE 
2022 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
RESUMO ................................................................................................................................................................ I 
1 INTRODUCAO ............................................................................................................................................ 1 
2 DESENVOLVIMENTO .............................................................................................................................. 2 
2.1 A HIDROELETRICIDADE ...................................................................................................................... 2 
2.2 MARCOS IMPORTANTES NA HISTÓRIA DE ITAIPU ....................................................................... 3 
2.3 FUNCIONAMENTO DE ITAIPU ............................................................................................................ 3 
2.4 SISTEMA DE GERAÇÃO ....................................................................................................................... 4 
2.5 SISTEMA DE TRANSMISSÃO ............................................................................................................... 6 
2.5.1 Sistema Paraguaio............................................................................................................................ 8 
2.5.2 Sistema Brasileiro ............................................................................................................................ 8 
3 ATENDIMENTO ENERGÉTICO A GARANHUNS E REGIÃO ........................................................ 11 
3.1 TRANSMISSÃO .................................................................................................................................... 11 
3.2 GERAÇÂO ............................................................................................................................................. 12 
4 CONCLUSÕES .......................................................................................................................................... 14 
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................... 15 
 
 
 
 
i 
 
RESUMO 
 
A Usina Hidrelétrica Itaipu é referência mundial em produção de energia limpa e reno-
vável, tendo produzido mais de 2,8 milhões de gigawatts-hora (GWh) desde o início de sua 
operação, em 1984. Com vinte unidades geradoras e 14.000 MW de potência instalada, fornece 
8,4% da energia consumida no Brasil e 85,6% no Paraguai. Dada a importância que este em-
preendimento tem em toda a vida produtiva dos dois países, foi desenvolvido um estudo para 
melhor compreensão de todo sistema que envolve desde o armazenamento no reservatório da 
usina até a transmissão da energia gerada aos grandes centros consumidores. 
Foram realizadas pesquisas junto ao site da Itaipu Binacional e alguns órgãos governa-
mentais responsáveis pelo planejamento energético e operação do sistema elétrico no Brasil. 
Ao final, expomos as considerações finais acerca do empreendimento e sua importância junto 
ao pilar de sustentabilidade. 
 
Palavras-chave: Itaipu, SIN, Transmissão de Energia. 
 
 
 
 
1 
 
1 INTRODUCAO 
Este trabalho apresenta uma visão simplificada do processo de geração e transmissão da 
energia produzida na Usina Hidrelétrica Itaipu Binacional, onde inicialmente é apresentado um 
breve registro das primeiras aplicações da hidroeletricidade no mundo, o conceito e os princi-
pais componentes desse sistema. Logo após situamos o contexto do estudo e projeto de Itaipu 
para em seguida, descrevermos os principais equipamentos da casa de força da usina e os pro-
cessos de geração e transmissão de energia. Os sistemas de transmissão de energia, bem como 
as instalações e linhas de transmissão associadas são explanadas com bastantes detalhes em um 
capítulo dedicado. O trabalho é encerrado com um capítulo em que apresentamos o atendimento 
eletroenergético do município de Garanhuns-PE e região. 
 
 
 
 
 
2 
 
2 DESENVOLVIMENTO 
2.1 A HIDROELETRICIDADE 
O registro mais antigo projeto de usina hidrelétrica é da data de 1878, em Cragside (em 
Northumberland, Inglaterra), a partir de um esquema do cientista e engenheiro inglês William 
George Armstrong (1810-1900). A primeira usina hidrelétrica do mundo foi construída junto 
às quedas d’água das Cataratas do Niágara, na fronteira dos Estados Unidos com o Canadá, em 
1879 (PINTO, 2014). Em 1881, as lâmpadas de rua da cidade de Niagara Falls, no Canadá, 
foram alimentadas por energia hidrelétrica. 
Pinto (2014, p. 39) confirma que a hidroeletricidade é uma das melhores, mais baratas e 
limpas fontes de energia existente, entretanto há um grande impacto durante construção das 
barragens e os diversos problemas sociais e ambientais envolvidos. O termo hidroeletricidade 
se refere à geração de eletricidade por meio da conversão da energia cinética da água em energia 
potencial mecânica, que acionará um conjunto turbina-gerador e, assim, produzirá eletricidade 
(PINTO, 2014). Na Figura 1 temos o desenho simplificado de uma usina hidrelétrica. 
Figura 1. Principais componentes de uma hidrelétrica 
 
Fonte: PINTO (2014) 
 
A hidroeletricidade é uma tecnologia já consolidada, que vem produzindo energia confiá-
vel a preços bem competitivos há aproximadamente um século. (PINTO, 2014). Entre as ener-
gias renováveis, a hidroeletricidade continua sendo a maior fonte para o setor elétrico e é uma 
das mais eficientes, em termos de conversão, entre todas as fontes de energia. Essa tecnologia 
 
 
3 
 
precisa de um investimento inicial relativamente alto, porém tem um longo tempo de vida útil 
(de 50 a 100 anos), aliado a baixos custos de operação e manutenção. Aqui, estamos tratando 
de um recurso local, a água do rio, que não é dependente das variantes do mercado, como é o 
caso dos combustíveis fósseis, o que termina gerando uma consequência positiva ao assegurar 
uma estabilidade financeira. (PINTO, 2014). 
 
2.2 MARCOS IMPORTANTES NA HISTÓRIA DE ITAIPU 
Em 1962, o Governo Brasileiro encomendou estudos sobre o potencial hidrelétrico das 
Sete Quedas e do longo cânion a jusante dos saltos. No início da década de 70, técnicos saem 
em barco para diligencias pelo Rio Paraná a procura do local mais adequado para o projeto do 
que viria ser a Itaipu Binacional. (ITAIPU, 2022). Com o apoio de uma balsa e após a conclusão 
dos estudos, os profissionais brasileiros e paraguaios escolhem um trecho do rio conhecido 
como Itaipu, que em tupi, significa “a pedra que canta”. (ITAIPU, 2022). 
Os estudos indicavam para aquele trecho um aproveitamento energético excepcional, 
por força de um longo cânion escavado pelo Rio Paraná. Em 1974, as primeiras máquinas che-
gam ao futuro canteiro de obras. (ITAIPU, 2022). 
As obras iniciam-se em 1975 e finalmente, em 1983, temos o primeiro giro mecânico 
de uma turbina e a partir deste marco, a Itaipu Binacional começa a produzir energia em 5 de 
maio de 1984, quando entra em operação a primeira das vinte unidades geradoras do projeto. 
Dezoito unidades geradoras foram instaladas no espaço de sete anos. (ITAIPU, 2022). 
 
2.3 FUNCIONAMENTO DE ITAIPU 
O reservatório da Itaipu, com 1.350 km² de área inundada, é o sétimo maior do Brasil, 
entretanto possui o melhor índice de aproveitamento da água para produzir energia entre os 
grandes reservatórios brasileiros. A Casa de Força abriga os equipamentos eletromecânicos res-
ponsáveis pela produção de energia em Itaipu, conforme apresentado naFigura 2. 
 
 
4 
 
 
 
Figura 2. Representação da Casa de Força de Itaipu 
 
Fonte: ITAIPU (2022) 
 
A água represada na barragem é conduzida pelas tomadas d’água até as turbinas. Essa 
estrutura é responsável por movimentar as vinte unidades geradoras da usina que cada uma, 
possui 700MW de potência. A energia gerada está interligada aos bancos de autotransformado-
res que são os equipamentos responsáveis pela elevação da tensão de geração de 18 kV para o 
nível de transmissão em 500 kV e posterior conexões com as subestações conversoras e aos 
sistemas interligados de transmissão do Brasil e Paraguai. 
 
2.4 SISTEMA DE GERAÇÃO 
Itaipu possui vinte unidades geradoras que operam com tensão nominal de 18 kV e po-
tência de 700 MW cada unidade, potência suficiente para abastecer uma cidade com 1,5 milhão 
de habitantes. Juntas as vinte unidades geradoras somam 14.000 MW. (ITAIPU, 2022). Pelo 
motivo da usina gerar energia para dois países que operam com frequências diferentes, metade 
 
 
5 
 
dos geradores produzem energia com frequência de 60 Hz, frequência adotada no Brasil e a 
outra metade gera em 50 Hz, frequência utilizada no Paraguai. As turbinas são do tipo Francis. 
(ITAIPU, 2022). 
Figura 3. Representação da turbina tipo Francis de Itaipu 
 
Fonte: ITAIPU (2022) 
 
Cada unidade geradora é formada por um gerador, uma turbina e seus equipamentos 
auxiliares. A turbina é formada por uma série de pás ligadas a um eixo acoplado ao gerador. 
(ITAIPU, 2022). 
A pressão da água conduzida na turbina através do conduto forçado, produz um movi-
mento giratório do eixo, o qual, por meio de um campo magnético induzido dentro do gerador, 
produz eletricidade. A eletricidade gerada é transportada através de barramentos isolados em 
 
 
6 
 
hexafluoreto de enxofre (gás 𝑆𝐹6) a um banco de transformadores monofásicos elevadores de 
18/500 kV. 
O banco de transformadores monofásicos 18/500 kV é composto por nove unidades em 
50 Hz, o que equivale a três conjuntos de bancos de transformadores de 825 MVA e nove uni-
dades em 60 Hz o que equivale a três conjuntos de bancos de transformadores de 768 MVA. 
Para cada banco (50 e 60 Hz) existem duas unidades reservas. (ITAIPU, 2022). 
Na sequência, é realizada a conexão a subestação blindada, também em 𝑆𝐹6 (Figura 4). 
Figura 4. Representação da subestação blindada em 𝑆𝐹6 
 
Fonte: ITAIPU (2022) 
 
 
2.5 SISTEMA DE TRANSMISSÃO 
 
A energia produzida na usina, para chegar até os principais centros de consumo no Brasil 
e Paraguai, conectam-se as subestações das empresas transmissoras de energia através de quatro 
circuitos em 500 kV até a Subestação Foz do Iguaçu (Furnas) e mais quatro circuitos de 500 
kV até a Subestação Margem Direita no lado paraguaio. Da Subestação Margem Direita ainda 
são derivados mais quatro circuitos em 500 kV para Subestação Foz do Iguaçu, formando um 
anel de 500 kV entre as subestações brasileira, paraguaia e a da usina. (Figura 5). 
 
 
7 
 
Figura 5. Mapa eletroenergético da usina de Itaipu 
 
Fonte: EPE (2022) 
 
No lado brasileiro a conexão ao SIN1 (Sistema Interligado Nacional) é localizada na Su-
bestação Foz do Iguaçu, de propriedade da estatal Furnas Centrais Elétricas, que transmite a 
energia até os centros de consumo juntamente com a estatal paranaense COPEL-GT. No lado 
paraguaio, a conexão é realizada na subestação Margem Direita, situada na área da usina de 
Itaipu. (ITAIPU, 2022). 
 
1 O sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil é um sistema hidro-termo-eólico de grande 
porte, com predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários. O Sistema Interligado Nacio-
nal é constituído por quatro subsistemas: Sul, Sudeste/Centro-Oeste, Nordeste e a maior parte da região Norte. 
A interconexão dos sistemas elétricos, por meio da malha de transmissão, propicia a transferência de energia 
entre subsistemas, permite a obtenção de ganhos sinérgicos e explora a diversidade entre os regimes hidroló-
gicos das bacias. A integração dos recursos de geração e transmissão permite o atendimento ao mercado com 
segurança e economicidade (ONS, 2022). 
 
 
8 
 
2.5.1 Sistema Paraguaio 
 
A transmissão de energia de Itaipu para o Paraguai é feita nas tensões de 500 kV e 220 
kV a partir da subestação da Margem Direita. A subestação da Margem Direita conta atual-
mente com seis conjuntos autotransformadores/reguladores que reduzem a tensão de 500 kV 
para 220 kV e transmitem em quatro circuitos, sendo que dois deles seguem em direção a As-
sunção, distante cerca de 300 km, e as outros dois vão para a usina de Acaray, a apenas 5 km 
da subestação Margem Direita. Da usina de Acaray, pertencente a estatal paraguaia ANDE, 
outros três circuitos seguem também para Assunção. (ITAIPU, 2022). 
A transmissão em 500 kV, conecta o barramento da subestação da Margem Direita com 
a subestação de Villa Hayes, próxima a região metropolitana de Assunção, que é o principal 
centro de consumo paraguaio, situado a 340 km de Itaipu. (ITAIPU, 2022). 
 
Figura 6. Mapa eletroenergético para atendimento a capital do Paraguai 
 
Fonte: ITAIPU (2022) 
2.5.2 Sistema Brasileiro 
 
A subestação Foz do Iguaçu interliga-se ao sistema brasileiro através de quatro linhas 
de transmissão em corrente alternada em níveis de 500, 525 e 765 kVca e mais quatro linhas de 
transmissão em corrente contínua com tensão de ±600 kVcc. Consta ainda um projeto de um 
circuito duplo em 525 kVca com direção a subestação Guaíra, com 172,82 km de extensão 
(EPE, 2022). 
 
 
9 
 
Figura 7. Mapa eletroenergético da SE Foz do Iguaçu 
 
Fonte: EPE (2022) 
 
Estas linhas cruzam 900 km desde o Estado do Paraná até São Paulo. A operação do sistema 
de transmissão proveniente da usina de Itaipu é realizada pelo Centro Regional São Paulo, lo-
calizado na Subestação de Campinas. (FURNAS, 2022). 
Tabela 1. Dados das linhas interligadas ao SIN 
Linha Tensão (kV) Extensão 
(km) 
Propriedade 
Foz do Iguaçu (PR) - Ivaiporã (PR) C1 765 322,71 FURNAS 
Foz do Iguaçu (PR) - Ivaiporã (PR) C2 765 322,63 FURNAS 
Foz do Iguaçu (PR) - Ivaiporã (PR) C3 765 330,91 FURNAS 
Foz do Iguaçu (PR) - Ibiúna (SP) C1 ± 600 792,12 FURNAS 
Foz do Iguaçu (PR) - Ibiúna (SP) C2 ± 600 792,12 FURNAS 
Foz do Iguaçu (PR) - Ibiúna (SP) C3 ± 600 815,29 FURNAS 
Foz do Iguaçu (PR) - Ibiúna (SP) C4 ± 600 815,29 FURNAS 
Foz do Iguaçu (PR) - Cascavel Oeste (PR) C1 525 117,05 COPEL-GT 
Foz do Iguaçu (PR) - Guaíra (PR) CD2 525 172,82 TAESA 
Fonte: Adaptado de EPE (2022) 
 
Na Figura 8 é apresentada a imagem de satélite de toda a extensão da subestação Foz do 
Iguaçu, onde é possível observar a divisão da instalação em quatro setores com tensões e fre-
quências distintas. 
 
2 Linha de transmissão em construção, com operação prevista para o ano de 2022. 
 
 
10 
 
Figura 8. Imagem de satélite da SE Foz do Iguaçu 
 
Fonte: Adaptado de Google Earth (2022) 
 
Esta subestação dispõe de um sistema de conversores para transmissão em corrente contí-
nua, que funciona da seguinte forma: os circuitos em 500 kV, que chegam da subestação Mar-
gem Direita em 50 Hz são conectados aos transformadores conversores e em sequência a um 
sistema de retificação por válvulas, onde sua saída está conectada ao setor de ±600 kVcc e em 
seguida, as linhas de transmissão em corrente contínua (bipolos) até a estação conversora de 
Ibiúna-SP, onde ocorre o processo de inversão de corrente contínua para alternada, conforme 
representado na Figura 9. (EPE, 2022). 
 
Setor 765 kVca 
Setor ±600 kVcc 
Setor 500 kVca 
60 Hz 
Setor 500 kVca 
50 Hz 
 
 
11 
 
Figura 9. Esquema de transmissão CC de Itaipu 
 
Fonte: EPE (2022) 
3 ATENDIMENTO ENERGÉTICO A GARANHUNS E REGIÃO 
De acordo com as informações disponíveis no Wikipédia (2022), Garanhuns é um municí-
pio brasileiro do agreste do estado de Pernambuco, distante 230 km da capital Recife. Ocupa 
umaárea de 458,552 km², sendo 7,11 km² formando o perímetro urbano e 451,44 km² formando 
a zona rural. Em 2021, o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) estimou sua 
população em aproximadamente 141.347 habitantes, sendo o nono mais populoso município 
pernambucano, o terceiro mais populoso do interior do estado e o segundo mais populoso da 
região do agreste pernambucano. (WIKIPÉDIA, 2022). 
A distribuição de energia é outorgada a Neoenergia Pernambuco que fornece energia em 
tensão secundária nos níveis 380/220 V. A distribuição em média tensão é realizada em 13.8 
kV e a subtransmissão em 69 kV. 
 
 
3.1 TRANSMISSÃO 
 
Na Figura 10 temos parte do mapa eletroenergético da região de Garanhuns, onde pode-
mos conferir parte das linhas de transmissão que atendem as principais subestações da região: 
Angelim e Garanhuns II. 
 
 
12 
 
Figura 10. Mapa eletroenergético da região de Garanhuns 
 
Fonte: ONS (2022) 
 
Como pode ser observado no mapa, a região está inserida em um importante corredor 
de circuitos de 230 e 500 kV que transmitem a energia produzida nas usinas da estatal Compa-
nhia Hidrelétrica do São Francisco (CHESF) em Sobradinho, Complexo de Paulo Afonso e 
Xingó até as regiões metropolitanas de Recife-PE e Maceió-AL. 
 
 
3.2 GERAÇÂO 
 
Parte das usinas da bacia do Rio São Francisco abastecem os grandes centros de consumo 
da área leste da região nordeste, com as usinas de Sobradinho e Itaparica operando com reser-
vatórios e o Complexo de Paulo Afonso e Xingó operando a fio d’água (Figura 11). 
 
Figura 11. Diagrama usinas do Rio São Francisco 
 
Fonte: ONS (2022) 
 
 
13 
 
A região abriga também importantes complexos de geração eólica, como o Complexo Eó-
lico Serra das Vacas, pertencente a PEC Energia com 91 MW de capacidade instalada e em 
estágio de obras de ampliação e a Ventos de São Clemente, da Echoenergia com 233 MW. 
 
 
 
 
14 
 
4 CONCLUSÕES 
Este trabalho permitiu a obtenção de importantes conceitos relativos ao Sistema Elétrico 
de Potência (SEP) e a compreensão da complexidade envolvida tanto na construção e operação 
do sistema Itaipu, com a utilização de inovações disruptivas para época, como exemplo das 
estações conversoras e linhas de transmissão em corrente contínua. 
Atualmente é amplamente discutido o tema de sustentabilidade e desuso de combustíveis 
fósseis poluentes, com a adoção crescente de matrizes limpas, como eólica e solar, que contri-
buem firmemente na atual demanda de energia do Brasil. 
Obviamente, o impacto ambiental provocado por hidrelétricas de grande porte limita a im-
plantação de novos projetos hidráulicos, bem como a limitação do próprio potencial energético 
desta modalidade 
 
 
 
 
15 
 
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
EPE (Empresa de Pesquisa Energética). EPE-DEE-NT-099/2019-rev1 - Modernização do Sis-
tema CCAT de Itaipu: Considerações quanto a aspectos eletroenergéticos e técnicos. Nota 
Técnica. Rio de Janeiro. 2020. Disponível em: https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-da-
dos-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-276/topico-525/NT(EPE-ONS)-
Moderniza%C3%A7%C3%A3o%20Itaipu-CCAT.pdf acesso em 25/09/2022. 
EPE (Empresa de Pesquisa Energética). Webmap EPE - Sistema de Informações Geográfi-
cas do Setor Energético Brasileiro. Disponível em: https://gisepeprd2.epe.gov.br/WebMa-
pEPE/ acesso em 25/09/2022. 
FURNAS. Eletrobras Furnas - Transmissão. Disponível em https://www.fur-
nas.com.br/transmissao/?culture=pt acesso em 26/09/2022. 
Garanhuns. Em: Wikipédia, A enciclopédia livre. Flórida: Wikipedia Fundation, 2022. Dispo-
nível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Garanhuns> acesso em 26 de setembro de 2022. 
Nossa história. ITAIPU BINACIONAL, 2022.Disponível em: https://www.itaipu.gov.br/nos-
sahistoria acesso em 21 de setembro de 2022. 
O que é o SIN. ONS, 2022. Disponível em: http://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/o-que-
e-o-sin acesso em 26 de setembro de 2022. 
PINTO, Milton de Oliveira. Energia elétrica: geração, transmissão e sistemas interligados. 
1ª Ed. Rio de Janeiro-RJ: LTC, 2014. 
 
https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-276/topico-525/NT(EPE-ONS)-Moderniza%C3%A7%C3%A3o%20Itaipu-CCAT.pdf
https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-276/topico-525/NT(EPE-ONS)-Moderniza%C3%A7%C3%A3o%20Itaipu-CCAT.pdf
https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-276/topico-525/NT(EPE-ONS)-Moderniza%C3%A7%C3%A3o%20Itaipu-CCAT.pdf
https://gisepeprd2.epe.gov.br/WebMapEPE/
https://gisepeprd2.epe.gov.br/WebMapEPE/
https://www.furnas.com.br/transmissao/?culture=pt
https://www.furnas.com.br/transmissao/?culture=pt
https://pt.wikipedia.org/wiki/Garanhuns
https://www.itaipu.gov.br/nossahistoria
https://www.itaipu.gov.br/nossahistoria
http://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/o-que-e-o-sin
http://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/o-que-e-o-sin