MÓDULO 1 - Constituição dos Sistemas Elétricos de Potência

Prévia do material em texto

DESCRIÇÃO
Introdução aos Sistemas Elétricos de Potência: definição, componentes e estrutura.
PROPÓSITO
Compreender o significado de um Sistema Elétrico de Potência a partir da descrição de seus
componentes e do conhecimento de seus subsistemas, bem como a sua importância em
edificações e equipamentos elétricos ou eletrônicos.
PREPARAÇÃO
Antes de iniciar o conteúdo deste tema, tenha em mãos papel e caneta.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Reconhecer o Sistema Elétrico de Potência
MÓDULO 2
Descrever o Sistema de Geração
MÓDULO 3
Descrever o Sistema de Transmissão
MÓDULO 4
Descrever o Sistema de Distribuição
SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
MÓDULO 1
 Reconhecer o Sistema Elétrico de Potência
DEFINIÇÃO DE SISTEMA ELÉTRICO DE
POTÊNCIA
ESTRUTURA DE UM SISTEMA ELÉTRICO
DE POTÊNCIA
O Sistema Elétrico de Potência (SEP) pode ser definido como um sistema elétrico capaz de
gerar, transmitir e distribuir energia elétrica. O SEP deve ser capaz de atender aos seguintes
requisitos:
Segurança: O suprimento de energia elétrica não pode causar danos aos consumidores.
Continuidade: Atendimento contínuo das demandas de Potência Ativa (P) e Reativa (Q).
Qualidade: Fornecimento de energia elétrica com tensão e frequência constantes.
Confiabilidade: Capacidade de operar em diferentes condições e manter a estabilidade.
Economia: O custo global da operação deve ser minimizado desde que atenda aos itens
anteriores.
O SEP é dividido em três grandes subsistemas:
Fonte: Shuterstock.com
GERAÇÃO
Responsável pela conversão de energia primária em energia elétrica.
Fonte: Shuterstock.com
TRANSMISSÃO
Responsável pelo transporte de energia elétrica das unidades geradoras aos centros de
consumo.
Fonte: Shuterstock.com
DISTRIBUIÇÃO
Responsável pela entrega da energia elétrica aos consumidores.
COMPONENTES DE UM SEP
Veja um exemplo simplificado de um SEP com seus principais componentes:
Fonte: EnsineMe.
 Figura 1 – Representação unifilar de um SEP.
A energia é gerada nos geradores G1 e G2 e chega às subestações (barras) SE1 e SE2
através de Linhas de Transmissão. Essas subestações estão conectadas entre si através do
transformador, e SE1 está conectada a uma carga de 120 MW.
Os principais componentes de um SEP são:
GERADORES
Máquinas capazes de converter energia mecânica em energia elétrica. A maior parte dos
geradores utilizados em sistemas de potência é de Corrente Alternada (CA), trifásicos e
síncronos, cuja frequência de giro do motor está vinculada à frequência elétrica da rede.
 VOCÊ SABIA
No Brasil, é comum a utilização de geradores síncronos desconectados de carga: os chamados
compensadores (ou capacitores) síncronos. Esses elementos não fornecem potência ativa,
mas auxiliam no controle de potência reativa da rede.
O modelo simplificado do gerador síncrono, bastante utilizado nos cálculos de fluxo de
potência, é composto por uma fonte de tensão constante em série com a resistência de
armadura e a reatância síncrona. Em geral, a resistência é muito menor que a reatância e
pode ser desprezada. Esse modelo simplificado é representado na figura 2:
Fonte: EnsineMe.
 Figura 2 – Modelo equivalente do gerador síncrono.
REATÂNCIA
Resistência natural de indutores e capacitores à variação de corrente elétrica alternada e
tensão elétrica alternada.
TRANSFORMADORES
Máquinas que operam de acordo com o princípio da indução eletromagnética, capazes de
converter a potência CA entre distintos níveis de tensão, mantendo a frequência.
Os transformadores podem ser divididos em:
Transformadores de Força
Seus enrolamentos primário e secundário são ligados em série ao circuito. Ao aumentar o nível
de tensão no secundário, a corrente diminuirá, o que gerará menor perda de potência ativa
devido ao efeito Joule. Assim, os Transformadores de Força elevam as tensões geradas nas
usinas. A energia é transmitida a altos níveis de tensão e, então, é reduzida a valores seguros
até o consumo domiciliar.
javascript:void(0)

Transformadores de instrumentação
Possuem o enrolamento primário ligado em série ao circuito, enquanto o secundário alimenta
instrumentos de medição, proteção ou controle a níveis de tensão ou corrente muito mais
baixos que o do circuito. Os Transformadores de Corrente (TC) possuem nível de corrente no
secundário, padronizado em 5 A, enquanto os Transformadores de Potencial (TP) possuem
tensão secundária nominal de
.
OBSERVAÇÃO
A barra não representa uma divisão.
Veja os modelos de Transformadores de Força e Transformadores de Corrente em
subestações de grande porte:
115/
115
√3
javascript:void(0)
Fonte: Shuterstock.com
Fonte: Shuterstock.com
 Figura 3 – Transformador de Força e Transformadores de Corrente, respectivamente.
LINHAS DE TRANSMISSÃO
Elementos responsáveis pelo transporte da energia elétrica nos maiores níveis de tensão,
cujos parâmetros elétricos dependem, essencialmente, de suas características físicas. As
Linhas de Transmissão (LT) são compostas fundamentalmente por condutores, isoladores,
torre de suporte e cabo para-raios.
CARGAS
As cargas representam o consumo de potência por parte dos consumidores. O consumo
industrial é trifásico, enquanto o residencial, prioritariamente, é monofásico, de modo que as
distribuidoras buscam manter um equilíbrio entre as fases.
 COMENTÁRIO
Em estudos elétricos, normalmente, representa-se o consumo de toda uma região como uma
única carga conectada a uma barra (subestação).
Como as características das cargas industriais, comerciais e residenciais são muito distintas, a
carga equivalente pode ser representada por diferentes modelos, dependendo do estudo a ser
realizado. São eles:
1. Modelo exponencial –
. Em geral, essas constantes encontram-se na faixa de 0 a 2.
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
2. Potência constante (Pcte) – A carga não varia com a tensão.
3. Corrente constante (Icte) – A carga varia linearmente com a tensão (S = VI).
4. Impedância constante (Zcte) – A carga varia com o quadrado da tensão (S = V²/Z).
5. ZIP – A carga é modelada por uma junção dos três modelos anteriores, conforme mostra o
conjunto de equações 1:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
P = Po.( )
kp
e Q = Qo.( )
kq
V
V o
V
V o
P = (Pp + Pi.( ) + Pz.( )
2
) . Po ,   tal que Pp + Pi + Pz = 1.
V
V o
V
V o
Q = (Qp + Qi.( ) + Qz.( )
2
) . Qo ,   tal que Qp + Qi + Qz = 1.
V
V o
V
V o
(Equação 1)
SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
O Setor Elétrico Brasileiro (SEB) é composto pelas seguintes organizações:
Fonte: EnsineMe.
 Figura 4 – Estrutura organizacional do Setor Elétrico Brasileiro.
CNPE - CONSELHO NACIONAL DE PESQUISA
ENERGÉTICA
Órgão vinculado à Presidência da República, cuja principal atribuição é a formulação de
políticas e diretrizes para os recursos energéticos do país.
CMSE - COMITÊ DE MONITORAMENTO DO SETOR
ELÉTRICO
Comitê cujo objetivo é o(a) permanente acompanhamento e avaliação da continuidade e a
segurança do suprimento eletroenergético no país.
MME - MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA
Órgão responsável pela implementação das políticas energéticas do país. Possui duas
secretarias com interface com o SEB: a Secretaria de Energia Elétrica (SEE) e a Secretaria de
Planejamento e Desenvolvimento Energético (SPE). O Ministro de Minas e Energia é também
presidente do CMSE e do CNPE.
EPE - EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA
Empresa pública vinculada ao MME, que tem por finalidade prestar serviços de estudos e
pesquisas destinadas ao subsídio do planejamento do setor elétrico.
ONS - OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO
Associação civil de direito privado e sem fins lucrativos, responsável pela operação, pela
supervisão e pelo controle da operação das instalações de geração e transmissão do Sistema
Interligado Nacional (SIN) e pelo planejamento da operação dos sistemas isolados.
ANEEL - AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA
Autarquia com função de regular e fiscalizar a produção, transmissão,distribuição e
comercialização de energia elétrica.
CCEE - CÂMARA DE COMERCIALIZAÇÃO DE ENERGIA
ELÉTRICA
Instituição responsável pela estrutura (aspectos regulatórios, operacionais e tecnológicos) de
comercialização de energia elétrica.
O SEB é abastecido prioritariamente por usinas hidrelétricas, possui mais de 140 mil km de
Linhas de Transmissão, em um sistema prioritariamente de Corrente Alternada, trifásico e com
frequência 60 Hz. Ele opera de maneira interligada por meio do SIN, que abrange cerca de
98% da capacidade produtiva de energia elétrica do país, e é dividido em 4 subsistemas: Sul,
Sudeste/Centro-Oeste, Nordeste e Norte.
A coordenação da operação do SIN baseia-se na interdependência operativa entre as usinas,
interconexão dos sistemas e integração dos recursos de geração e transmissão.
O SIN PERMITE O INTERCÂMBIO DE ENERGIA
ELÉTRICA ENTRE REGIÕES QUE APRESENTAM
CONDIÇÕES HIDROLÓGICAS DIFERENTES,
GARANTINDO MELHOR OTIMIZAÇÃO DE
RECURSOS E CONTÍNUO SUPRIMENTO DE
ENERGIA ELÉTRICA EM TODO O TERRITÓRIO.
O SEB também é composto por sistemas que não são interligados ao SIN: cerca de 235
Sistemas Isolados (SI), supridos prioritariamente por usinas térmicas a óleo diesel.
 SAIBA MAIS
A maior parte dos SI localiza-se na Região Norte, mas há casos no Mato Grosso, além da ilha
de Fernando de Noronha. Atualmente, o estado de Roraima é o único fora do SIN, mas deve
ser interligado até o final de 2023 por meio da linha Boa Vista – Manaus, de acordo com
estimativas do MME.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. AS CARGAS A SEREM ENTREGUES EM ÁREAS INDUSTRIAIS,
COMERCIAIS E RESIDENCIAIS SÃO ALTAMENTE DISTINTAS, O QUE FAZ
COM QUE A CARGA EQUIVALENTE POSSA SER REPRESENTADA POR
MODELOS MATEMÁTICOS DIVERSOS.
DIANTE DA EXPLANAÇÃO ACIMA, ANALISE AS ASSERÇÕES ABAIXO:
NO MODELO MATEMÁTICO EXPONENCIAL AS POTÊNCIAS ATIVAS
(P) E REATIVA (Q) PODEM ASSUMIR SEUS RESPECTIVOS VALORES
NOMINAIS P0 E Q0.
PORQUE
AS CONSTANTES KP E KQ PODEM ASSUMIR VALORES NULOS.
A) A asserção I está correta e a asserção II está incorreta.
B) A asserção I está incorreta e a asserção II está correta.
C) As asserções I e II estão corretas e a asserção II é uma justificativa da asserção I.
D) As asserções I e II estão corretas, mas a asserção II não é uma justificativa da asserção I.
E) As asserções I e II estão incorretas.
2. CONSIDERE V (VERDADEIRAS) OU F (FALSAS) AS FUNÇÕES DE CADA
AGENTE DO SETOR ELÉTRICO EM UM LEILÃO:
O CNPE IDENTIFICA A NECESSIDADE DE AMPLIAR O PARQUE
GERADOR.
O MME REALIZA OS ESTUDOS TÉCNICOS DE VIABILIDADE DE
POTENCIAIS USINAS.
A ANEEL DEFINE AS REGRAS DO LEILÃO A SER REALIZADO PELA
CCEE.
O ONS ACOMPANHA O CRONOGRAMA DE OBRAS.
ASSINALE A ALTERNATIVA QUE APRESENTA A ORDEM CORRETA:
A) V – F – F – V
B) V – F – V – F
C) V – V – V – V
D) F – F – F – V
E) V – V – V – F
GABARITO
1. As cargas a serem entregues em áreas industriais, comerciais e residenciais são
altamente distintas, o que faz com que a carga equivalente possa ser representada por
modelos matemáticos diversos.
Diante da explanação acima, analise as asserções abaixo:
No modelo matemático exponencial as potências ativas (P) e reativa (Q) podem
assumir seus respectivos valores nominais P0 e Q0.
PORQUE
As constantes kp e kq podem assumir valores nulos.
A alternativa "C " está correta.
As constantes kp e kq podem assumir valores que variam de 0 a 2. Quando estas possuem
valores igual a 0,
assumem respectivamente a característica de:
e
2. Considere V (Verdadeiras) ou F (Falsas) as funções de cada agente do setor elétrico
em um leilão:
O CNPE identifica a necessidade de ampliar o parque gerador.
O MME realiza os estudos técnicos de viabilidade de potenciais usinas.
P = Po.( )
kp
e Q = Qo.( )
kq
,
V
V o
V
V o
P = Po.( )
kp
= Po.( )
0
= Po
V
V o
V
V o
Q = Qo.( )
kq
= Qo.( )
0
= Qo
V
V o
V
V o
A ANEEL define as regras do leilão a ser realizado pela CCEE.
O ONS acompanha o cronograma de obras.
Assinale a alternativa que apresenta a ordem correta:
A alternativa "B " está correta.
Em alguns casos, para atender a demanda de energia local, é necessário ampliar o parque
gerador a fim de evitar sobrecarga da rede e apagões. Essa necessidade de ampliação é dada
pelo CNPE. Para poder produzir a energia, é necessário realizar um leilão, que é organizado e
possui regras definidas pela ANEEL.
MÓDULO 2
 Descrever o Sistema de Geração
MATRIZ ENERGÉTICA
SISTEMA DE GERAÇÃO
A matriz energética representa o conjunto de fontes de recursos energéticos utilizados em
determinada região. O Brasil, rico em recursos naturais, possui uma matriz energética bastante
diversificada, com ligeira predominância de fontes não renováveis (53%), principalmente devido
à forte presença do petróleo e derivados (36%).
A MATRIZ ELÉTRICA É UM SUBCONJUNTO DA
MATRIZ ENERGÉTICA E REPRESENTA APENAS
AS FONTES DE ENERGIA UTILIZADAS PARA
GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA.
 VOCÊ SABIA
O Brasil possui uma das matrizes elétricas mais limpas do mundo, com cerca de 80% da
energia proveniente de fontes renováveis, principalmente de hidrelétricas (60%).
Para efeito de comparação, países como Alemanha, China e Estados Unidos geram mais de
40% da energia elétrica pela queima de carvão, enquanto 70% da matriz elétrica da França
provêm de energia nuclear.
Fonte: Shutterstock.com
Cerca de 12% da energia brasileira provém da Usina Hidrelétrica (UHE) Itaipu Binacional,
responsável por abastecer mais de 80% do consumo paraguaio. Essa usina possui 20
unidades geradoras, com capacidade instalada total de 14000 MW. A maior UHE do mundo, a
chinesa Três Gargantas, possui capacidade de 22500 MW, mas sua produção anual se
assemelha aos níveis de Itaipu: por volta de 100 milhões de MWh/ano.
javascript:void(0)
CAPACIDADE INSTALADA
Potência máxima que pode ser produzida.
GERAÇÃO HIDRÁULICA
As centrais hidrelétricas (ou hidroelétricas) geram energia elétrica a partir da energia potencial
de cursos d’água. Cria-se uma barragem em um curso d’água, como um rio, capaz de gerar
uma diferença de altura entre os níveis jusante (antes da barragem) e montante (depois da
barragem). Entre os níveis, existe um conduto forçado que leva a água do nível jusante ao
montante, passando pelas turbinas.
Fonte: Shutterstock.com
 Figura 5 – Funcionamento de uma usina hidrelétrica.
A energia cinética capaz de girar as turbinas provém da energia potencial obtida pelo desnível
criado pela barragem. As turbinas estão acopladas aos geradores, assim, sua rotação faz o
rotor do gerador girar. O campo magnético girante do gerador produz, então, a energia elétrica.
 COMENTÁRIO
Os níveis de tensão dos geradores situam-se, habitualmente, na faixa de 10 a 25 kV, limitados,
principalmente, pela isolação do equipamento.
Esses geradores são conectados a transformadores elevadores, e a energia é assim escoada
pelas Linhas de Transmissão.
Os geradores possuem ainda dispositivos de controle associados a eles, como os reguladores
de velocidade, cuja primária função é manter a velocidade de rotação do conjunto
turbina/gerador, a partir da abertura e do fechamento de distribuidores, mantendo a frequência
elétrica constante.
 ATENÇÃO
É importante ainda a presença do regulador de tensão, que conserva a tensão de armadura
ajustada a partir do controle da corrente de excitação do gerador.
A potência elétrica (P) é diretamente proporcional à vazão da água (Q) e à altura do
reservatório (H), conforme mostra a equação 2:
(Equação 2)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Em que k é uma constante.
No entanto, para o cálculo da potência elétrica obtida ao final do processo, devemos considerar
os rendimentos do sistema hidráulico, da turbina e do gerador, principalmente. A equação 3
expressa a potência final em função desses rendimentos:
P = k. Q. H 
(Equação 3)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
A ANEEL divide as usinas hidrelétricas em três tipos, de acordocom sua potência:
Central Geradora Hidrelétrica com Capacidade Instalada Reduzida (CGH) = P ≤ 5 MW.
Pequena Central Hidrelétrica (PCH) = 5 MW < P ≤ 30 MW, com área de reservatório de até 13
km².
Usina Hidrelétrica (UHE) = demais casos.
As hidrelétricas, inclusive, podem ser divididas quanto à forma de utilização das vazões
naturais:
Fonte: Shutterstock.com
Usinas com reservatório (ou de acumulação): Alteram o curso do rio para a criação de um
grande reservatório capaz de suprir a geração em momentos de seca.
Pfinal = P . ηsh. ηtu. ηge
Fonte: Shutterstock.com
Usinas a fio d’água: Possuem reservatório com acumulação capaz de prover regularização
diária ou semanal (Itaipu), no máximo, devendo escoar o excesso por meio dos vertedouros.
VERTEDOUROS
Estruturas hidráulicas utilizadas para medição ou controle de vazão d’água.
Fonte: Shutterstock.com
javascript:void(0)
Usinas do tipo reversível: Possuem um sistema de bombeamento do reservatório inferior ao
superior, armazenando energia para ser utilizada em períodos de maior consumo.
GERAÇÃO TÉRMICA
A geração termelétrica apresenta vital importância no SEB, abrangendo cerca de 25% de sua
capacidade instalada. No SIN, possui um papel complementar em relação à geração hidráulica,
enquanto é a maior fonte de energia dos Sistemas Isolados.
ESSE TIPO DE GERAÇÃO SE BASEIA NA
CONVERSÃO DE ENERGIA TÉRMICA EM
MECÂNICA E DE ENERGIA MECÂNICA EM
ELÉTRICA.
A energia térmica é obtida pela queima de combustíveis, que podem ser fósseis ou renováveis,
ou pela fissão nuclear. O calor gerado provoca a expansão do vapor do fluido de trabalho,
acionando o movimento de rotação das turbinas, que detêm geradores acoplados a seus eixos.
 SAIBA MAIS
Os principais recursos utilizados na geração termelétrica, no Brasil, são: gás natural, biomassa,
carvão e combustíveis fósseis.
Existem dois tipos principais de geração térmica:
Fonte: Shutterstock.com
TURBINA A VAPOR
A combustão é externa, pois a mistura combustível/ar não entra em contato com o fluido de
trabalho (em geral água desmineralizada). Obedece ao Ciclo Rankine: o vapor que sai da
turbina, em baixa pressão, passa por resfriamento, condensação e novamente reaquecimento.
É necessária uma grande diferença de temperatura para a produção do vapor, de forma que
esse tipo de turbina possui eficiência pouco superior a 40%.
Fonte: Shutterstock.com
TURBINA A GÁS
Possui um Motor de Combustão Interna (MCI), em que o fluido de trabalho é a mistura
combustível/ar. Funciona de acordo com o Ciclo Brayton: pode operar com o ar em condição
ambiente.
A junção desses dois tipos de turbina forma a geração a ciclo combinado. Os gases liberados à
alta temperatura pela turbina a gás são reaproveitados na geração do vapor para a outra
turbina. Essa combinação implica um aumento do rendimento do ciclo.
 SAIBA MAIS
O governo brasileiro, em 2000, escolheu as usinas termelétricas a ciclo combinado,
principalmente as de gás natural, como a principal tecnologia de geração elétrica a ser
implantada em casos emergenciais.
É importante citar o processo de cogeração, que é a geração de dois ou mais produtos
energéticos a partir do mesmo processo.
 EXEMPLO
No Brasil, as indústrias do setor sucroalcooleiro destacam-se pelo uso da cogeração a partir da
queima do bagaço da cana-de-açúcar.
O custo da energia gerada nas termelétricas é superior ao das hidrelétricas, de modo que o
operador do sistema passa por um dilema ao ter de escolher entre acionar a geração hidráulica
ou a térmica. De maneira simplificada, existem quatro possíveis cenários:
Cenários
Usina
acionada
Custo
atual
Futuro
próximo
Consequência
Custo
futuro
1 Hidráulica Baixo Chove
Mantém os
níveis dos
reservatórios.
Baixo
2 Hidráulica Baixo
Não
chove
Acionamento
futuro das
térmicas.
Alto
3 Térmica Alto Chove
UHEs vertendo
água
(desperdício de
energia mais
barata).
Baixo
4 Térmica Alto
Não
chove
Mantém os
níveis dos
reservatórios.
Baixo
 Tabela 1 – Dilema do operador.
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Os casos 1 e 4 indicam decisões acertadas do operador, representando o menor custo possível
e melhor aproveitamento energético. O caso 2 pode gerar uma situação de déficit na geração
hidráulica, enquanto o caso 3 representa o desperdício de energia mais barata em detrimento
de uma mais cara e mais poluente.
GERAÇÃO TERMONUCLEAR
Presente na matriz elétrica brasileira está também a geração a partir de fontes nucleares, no
conjunto localizado em Angra dos Reis (RJ).
 SAIBA MAIS
Toda forma de exploração de materiais nucleares é monopólio da União, sendo a Eletrobras
Eletronuclear a responsável pela geração, operação e comercialização da energia nuclear.
A geração termonuclear baseia-se no processo de fissão nuclear do urânio-235, a partir de um
bombardeio de nêutrons. Cada átomo fissionado libera energia e nêutrons, o que provoca uma
reação em cadeia no sistema. Entre suas vantagens, podemos destacar:
É uma energia limpa no processo produtivo devido às baixas emissões de carbono.
Independe de localização, de maneira que as suas centrais nucleares podem ser instaladas
perto de centros urbanos para diminuição de custos.
São necessárias pequenas quantidades de urânio para a geração de energia, e o Brasil detém
grandes reservas desse material.
 VOCÊ SABIA
Angra 1, em 2019, atingiu fator de capacidade superior a 98%: o maior entre todas as fontes de
geração elétrica no país, o que comprova a eficiência da geração nuclear.
A geração termonuclear, no entanto, apresenta como desvantagens o alto investimento para a
construção das usinas e o descarte de resíduos radioativos. Além disso, houve diversos casos
de acidentes nucleares, como a usina de Chernobyl, na Ucrânia (1986), e em Fukushima, no
Japão (2011), levando à diminuição da geração nuclear por países como Alemanha e Japão.
OUTRAS FONTES RENOVÁVEIS
Seguindo a tendência mundial, o Brasil vive um momento de grande crescimento nas gerações
eólica e solar.
GERAÇÃO EÓLICA
 SAIBA MAIS
Atualmente, a energia eólica abrange cerca de 8% da capacidade instalada do SIN, e tem
previsão de chegar a 17% em 2029, com diminuição da participação da geração hidráulica, de
acordo com a EPE.
Apesar da expansão do parque eólico e da geração distribuída solar, é necessária a
manutenção da geração térmica para segurança operativa do sistema.
A geração eólica baseia-se na conversão de energia cinética gerada por deslocamentos de
massas de ar em energia elétrica. A equação 4 expressa como a potência ideal (P) depende da
área varrida pelo aerogerador (A), da massa específica do ar (ρ) e da velocidade (v) do vento:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
A altura das turbinas eólicas em relação ao solo é um fator relevante na concepção do projeto.
A maiores alturas, é possível obter ventos mais constantes e de maior velocidade, pois há
menos perturbações, como rugosidade do terreno e vegetação.
O aerogerador não consegue produzir toda a potência ideal (P), pois a turbina interfere no fluxo
de ar, atuando como bloqueio, de forma que a velocidade de saída é menor que a de entrada.
O MÁXIMO RENDIMENTO POSSÍVEL, TAMBÉM
CONHECIDO COMO LIMITE DE BETZ, É DE
P = A. ρ.
v3
2
APENAS 59,3%, ASSIM AS USINAS
APRESENTAM UM DESEMPENHO NA FAIXA DE
35% A 45%.
O eixo interno da turbina é ligado a um multiplicador mecânico capaz de aumentar a velocidade
de rotação do sistema, respeitando as velocidades mínima (cut-in) e máxima (cut-out) para
operação segura. Esse multiplicador é conectado a um freio e, então, conectado ao gerador
elétrico.
A figura 6 ilustra os componentes internos de uma turbina eólica:
Fonte: Shutterstock.com
 Figura 6 – Funcionamento da turbina eólica.
GERAÇÃO SOLAR
O Sol pode ser utilizado como fonte de energia de duas maneiras: geração térmica
(heliotérmica), já vista, e a fotovoltaica. Nesta última, a obtenção da energia elétrica ocorrepor
meio do efeito fotovoltaico, que é a emissão de elétrons em um material metálico ou
semicondutor a partir da incidência da luz.
Fonte: Shutterstock.com
O painel fotovoltaico é composto por uma junção P-N, o que, na incidência da luz, provoca uma
diferença de potencial entre as regiões N e P, compostas por elétrons e lacunas,
respectivamente. Ao conectar um circuito aos terminais da placa, surge o fluxo de Corrente
Contínua (CC), pois os elétrons da região N começam a ocupar as lacunas da região P. A
espessura da camada superior da célula (N) é mais fina e fortemente dopada, ao contrário da
região P, o que aumenta a região de depleção, implicando maior eficiência da célula e maior
corrente gerada.
DEPLEÇÃO
Região de uma junção P-N, onde existem poucos portadores de carga.
As células fotovoltaicas apresentam tensão de operação na ordem de 0,5 V e são combinadas
entre si, em série ou paralelo, formando painéis. Em sombreamento, o módulo é “desligado”, o
que afetaria a circulação de corrente do sistema, caso estivesse em uma ligação série. Por
isso, os módulos são equipados com diodos by-pass, para a corrente fluir por um caminho
alternativo.
A corrente gerada depende de fatores como a temperatura, a irradiância e o espectro do sol, de
maneira que o aumento da temperatura e a diminuição da radiação solar provocam a queda da
javascript:void(0)
potência. As curvas características IxV e PxV são apresentadas na figura a seguir:
Fonte: EnsineMe.
 Figura 7 – Curvas IxV e PxV de uma célula fotovoltaica.
Na qual:
Icc = corrente de curto
Voc = tensão em circuito aberto
Pontos Imp e Vmp = par que maximiza o produto IxV, resultando no ponto de máxima
potência (Pmp)
Os sistemas de geração solar possuem um sistema capaz de encontrar esse ponto de máxima
potência: o Rastreador de Máximo Ponto de Potência (MPPT, em inglês).
Os sistemas de geração solar podem ser divididos em:
on-grid
Os sistemas on-grid são conectados à rede elétrica e permitem o intercâmbio de energia. Seu
principal componente é o inversor, responsável pela conversão da Corrente Contínua em
alternada e sua sincronização com a rede, além do MPPT.

off-grid
A conexão off-grid demanda um sistema mais complexo, pois a energia precisa ser
armazenada para o consumo em períodos sem geração. Os painéis são conectados a um
controlador de carga, responsável pela proteção e otimização do uso das baterias, além de
atender ao consumo CC (12, 24 ou 48 V). Esse controlador é conectado à bateria, que é o
coração do sistema off-grid.
A bateria é a responsável pela autonomia do sistema, sendo dimensionada a partir da
capacidade em A.h (Ampère-hora). É importante utilizar o valor de referência C20, que é a
capacidade em 20h, visto que a curva de descarga é exponencial decrescente, pois a bateria
perde força ao longo do tempo. A bateria, então, é conectada ao inversor para o consumo em
Corrente Alternada.
Apesar de sua importância, as gerações eólicas e solar são fontes intermitentes e fortemente
dependentes das condições climáticas. Em uma emergência, como uma rampa de carga, é
realizado o despacho a partir das hidrelétricas ou das térmicas para regulação da frequência
operativa do sistema e continuidade do atendimento à carga.
 SAIBA MAIS
Em 2020, a Califórnia passou por seguidos apagões devido ao súbito aumento de consumo
durante as queimadas na região. O estado havia abandonado a geração termelétrica e feito
uma rápida transição para uma matriz limpa, e não houve preocupação com a reserva
operativa do sistema.
Dessa forma, comprovou-se a relevância da complementaridade entre as fontes de energia, de
modo a garantir a confiabilidade do sistema elétrico.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. SOBRE O SISTEMA DE GERAÇÃO, ASSINALE A ALTERNATIVA
CORRETA:
A) Brasil possui uma matriz energética renovável.
B) Caso a velocidade do vento dobre, a potência ideal do gerador eólico será quadriplicada.
C) As usinas nucleares obtêm energia a partir da fusão nuclear.
D) Os sistemas solares on-grid necessitam de baterias para armazenamento da energia.
E) As usinas térmicas são importantes para a Reserva de Potência Operativa do Sistema,
garantindo confiabilidade ao SEB.
2. SOBRE AS GERAÇÕES HIDRÁULICA E TÉRMICA E OUTRAS FONTES
RENOVÁVEIS, CONSIDERE VERDADEIROS (V) OU FALSOS (F) OS ITENS
A SEGUIR:
AS USINAS A FIO D’ÁGUA SÃO CAPAZES DE ARMAZENAR
GRANDES VOLUMES DE ÁGUA PARA SUPRIMENTO EM MOMENTOS
DE SECA.
UTILIZAR USINAS TÉRMICAS EM UM CENÁRIO CHUVOSO É UMA
DECISÃO ACERTADA DO OPERADOR.
AS USINAS NUCLEARES PODEM SER INSTALADAS PRÓXIMAS AOS
CENTROS DE CARGA.
O AUMENTO DA TEMPERATURA INFLUENCIA NEGATIVAMENTE NA
POTÊNCIA GERADA PELAS PLACAS SOLARES.
ASSINALE A ALTERNATIVA QUE APRESENTA A ORDEM CORRETA:
A) V – F – V – V
B) F – F – F – V
C) F – F – V – V
D) V – V – F – F
E) F – V – F – F
GABARITO
1. Sobre o sistema de geração, assinale a alternativa correta:
A alternativa "E " está correta.
53% da matriz energética brasileira são compostos por fontes não renováveis, enquanto a
matriz elétrica é 80% renovável. De acordo com a equação 4, a potência ideal (P) é
proporcional ao cubo da velocidade do vento. Desse modo, ao dobrar a velocidade, P é
multiplicado por 23 = 8. As usinas nucleares obtêm energia a partir da fissão, e não da fusão
nuclear. Os sistemas solares off-grid, e não on-grid, necessitam de baterias para armazenar
energia.
2. Sobre as gerações hidráulica e térmica e outras fontes renováveis, considere
verdadeiros (V) ou falsos (F) os itens a seguir:
As usinas a fio d’água são capazes de armazenar grandes volumes de água para
suprimento em momentos de seca.
Utilizar usinas térmicas em um cenário chuvoso é uma decisão acertada do
operador.
As usinas nucleares podem ser instaladas próximas aos centros de carga.
O aumento da temperatura influencia negativamente na potência gerada pelas
placas solares.
Assinale a alternativa que apresenta a ordem correta:
A alternativa "C " está correta.
As usinas com reservatório armazenam grande volume de água. A utilização de térmicas
implica custo atual maior comparado às hidrelétricas, além do desperdício de energia limpa,
caso haja o vertimento (derramamento) de água na UHE.
MÓDULO 3
 Descrever o Sistema de Transmissão
REDE BÁSICA
SISTEMA DE TRANSMISSÃO
A partir do nível de tensão de 230 kV, define-se o sistema de transmissão, conhecido como
Rede Básica. Os níveis de tensão adotados no Brasil para Corrente Alternada são: 230 kV, 345
kV, 440 kV, 500 kV, 525 kV e 765 kV. Em Corrente Contínua, destaca-se a transmissão em ±
600 kV.
A REDE BÁSICA É ADMINISTRADA PELO ONS,
CUJA OPERAÇÃO É ORIENTADA PELOS
PROCEDIMENTOS DE REDE, CONJUNTO DE
REGRAS, CRITÉRIOS E PROCEDIMENTOS
TÉCNICOS.
Esse acervo técnico, elaborado pelo ONS com participação dos agentes, permite que o
operador e as entidades envolvidas possam exercer plenamente suas atribuições de
planejamento e programação da operação, da supervisão e do controle do sistema em tempo
real e administração da transmissão, além de garantir transparência e excelência na operação
do SIN. O ONS é responsável, igualmente, pela elaboração do Plano de Ampliações e
Reforços (PAR) e do Plano da Operação Elétrica (PEL).
TIPOS DE SISTEMAS DE TRANSMISSÃO
(CA E CC)
A discussão sobre transmissão em Corrente Alternada (CA) versus Corrente Contínua (CC)
data do final do século XIX, da disputa conhecida como Guerra das Correntes, quando os
sistemas de energia elétrica começaram a ganhar força.
Corrente Contínua (CC)
Fonte: Shutterstock.com
O sistema de Corrente Contínua, defendido por Thomas Edison (1847-1931), gerava grandes
perdas na transmissão e distribuição em função do efeito Joule. Sua sugestão, portanto, foi
alocar os centros de geração próximos aos centros de carga.

Corrente Alternada (CA)
Fonte: Shutterstock.com
Nikola Tesla (1856-1943), ex-funcionário de Edison, defendia a utilização de sistemas CA. A
principal vantagem desse sistema é a diminuição das perdas, pois,a partir do uso de
transformadores, pode-se elevar a tensão do sistema e, assim, diminuir a corrente, causando
menor queda de tensão.
 SAIBA MAIS
A geração de energia em CA a partir das Cataratas do Niágara e sua transmissão para a
cidade de Búfalo, a mais de 30 km de distância, foi o ponto chave para a “vitória” do sistema
em CA.
Atualmente, o sistema de transmissão em CA é feito em três fases, dado que a relação entre
potência transmitida e custo é mais vantajosa em comparação à transmissão monofásica CA,
já que pode transmitir o triplo da potência utilizando apenas 50% a mais de cabos (2 a 3).
No Brasil, o sistema é predominantemente transmitido à Corrente Alternada, mas a
transmissão CC apresenta importância estratégica e tem crescido por causa do avanço da
eletrônica de potência.
 SAIBA MAIS
A subestação (SE) de Foz do Iguaçu, onde está localizada a UHE Itaipu, transmite tanto em CA
quanto em CC.
As unidades geradoras da UHE Itaipu possuem tensão nominal de 18 kV elevada ao nível de
500 kV na SE interna da UHE, considerando apenas a metade brasileira de Itaipu. Essa
subestação é ligada à SE Foz do Iguaçu 500 kV, que se ramifica para duas subestações de
525 kV que abastecem a região Sul, Cascavel Oeste e Guaíra, mas também apresenta sua
tensão elevada a 765 kV. Esse tronco de 765 kV possui três circuitos e mais de 900 km de
comprimento, abrangendo as subestações de Foz do Iguaçu; Ivaiporã (PR), também ligada à
Região Sul; Itaberá (SP); e chegando até Tijuco Preto (SP), abastecendo grande parte da
região Sudeste.
A UHE Itaipu gera energia elétrica à frequência de 50 Hz, em sua metade paraguaia, pois é o
padrão do país. O Brasil compra a energia excedente gerada no lado paraguaio, mas é
necessário converter as frequências para o padrão brasileiro de 60 Hz. Essa energia é
retificada na estação conversora da SE Foz do Iguaçu, isto é, convertida para CC, e, então, é
transmitida nos bipolos de ± 600 kV até a subestação de Ibiúna (SP), que converte a corrente
para CA 60 Hz.
A TRANSMISSÃO DE ALTA TENSÃO EM
CORRENTE CONTÍNUA (HVDC, EM INGLÊS)
GANHOU FORÇA NOS ÚLTIMOS ANOS NO
BRASIL, COM AS LINHAS DE TRANSMISSÃO DO
MADEIRA (± 600 KV) E DE BELO MONTE (± 800
KV) — AMBAS LIGANDO USINAS DE GERAÇÃO
NA REGIÃO NORTE AOS CENTROS DE CARGA
DA REGIÃO SUDESTE.
A transmissão em Corrente Alternada destaca-se pela facilidade no controle e na operação,
além de permitir as derivações para o abastecimento de cidades menores. Já a tecnologia
HVDC permite a conexão entre sistemas de diferentes frequências e possui um custo mais
barato para longas distâncias, visto que utiliza menos cabeamento, demandando torres
menores, além de necessitar de menos subestações para compensação de potência reativa.
Em contrapartida, a perda de um bipolo pode gerar grandes perdas de potência transmitida ao
sistema.
MODELAGEM DAS LINHAS DE
TRANSMISSÃO
As Linhas de Transmissão CA são modeladas de acordo com os seguintes parâmetros:
RESISTÊNCIA SÉRIE (RS):
Associada à composição física dos condutores, dependendo, igualmente, da temperatura de
operação.
INDUTÂNCIA SÉRIE (LS):
Presente devido à indução de tensão a partir das variações no fluxo magnético e dependente
de fatores construtivos e geométricos da linha. Em um sistema trifásico, o condutor A possui
uma autoindutância, mas também indutâncias geradas pelos condutores B e C. Os raios dos
condutores e o distanciamento entre si influenciam no valor de Ls, bem como a presença de
cabo para-raios ou a utilização de circuitos duplos.
CAPACITÂNCIA EM DERIVAÇÃO/SHUNT (CSH):
Surge em razão das diferenças de potencial dos condutores tanto em relação ao solo quanto
entre si. A Csh depende ainda dos fatores geométricos de LS. Além disso, há a presença da
resistência shunt, que revela a fuga de corrente nos isoladores, em geral desprezada.
Para o estudo de fluxo de potência, são utilizados três diferentes modelos de linha:
Linha Longa (L > 240 km) – Parâmetros uniformemente distribuídos ao longo da linha. A
tensão e a corrente são obtidas a partir de equações diferenciais. Este modelo de linha é
representado a seguir:
Fonte: EnsineMe.
 Figura 8 – Modelo de Linha Longa.
Linha Média (80 km ≤ L ≤ 240 km) – Conhecido como modelo
-nominal, considera os parâmetros concentrados, de modo que Csh é dividida em 2 e
concentrada nas extremidades.
Linha Curta (L < 80 km) – Despreza Csh e considera apenas os parâmetros série.
Como as indutâncias e capacitâncias não exercem influência em regime permanente para um
circuito em Corrente Contínua, a rede equivalente CC é composta por duas estações
conversoras ligadas por uma linha com resistência série.
 ATENÇÃO
A escolha dos condutores e sua geometria são um dos aspectos mais importantes na
construção das LTs.
A resistência da linha em Corrente Alternada é diferente do caso em Corrente Contínua devido
ao efeito pelicular, em que a corrente não possui distribuição uniforme dentro do condutor, com
maior concentração nas bordas.
Os condutores também não podem se manter muito próximos, pois isso implicaria o aumento
da indutância da linha, além de o efeito de proximidade gerar concentração de corrente em
partes das bordas dos condutores — fenômeno semelhante ao efeito pelicular. Além disso, a
proximidade dos condutores pode facilitar o efeito Corona, que ocorre quando o gradiente de
π
potencial na superfície do condutor excede a força dielétrica do ar, gerando uma descarga
elétrica luminosa a partir da ionização do ar.
 COMENTÁRIO
O efeito Corona gera radiointerferência, perdas de energia e ruídos audíveis.
Outro efeito importante que afeta, principalmente, as linhas longas e de maiores tensões em
situações de carga leve é o efeito Ferranti: quando a tensão da torre receptora é maior que a
tensão da torre transmissora. A utilização de reatores shunt nos extremos da linha auxilia no
controle das tensões terminais, mas a tensão intermediária continuará sendo maior.
EQUIPAMENTOS DE COMPENSAÇÃO E DE
CONTROLE
TRANSFORMADOR
Conforme vimos, a principal função dos Transformadores de Força no sistema elétrico é o
controle dos níveis de tensão por meio de sua relação de transformação K, dada pela razão
entre o número de espiras dos lados primário e secundário.
O TAP É O ELEMENTO DO TRANSFORMADOR
RESPONSÁVEL POR ALTERAR A RELAÇÃO DE
ESPIRAS.
Os transformadores que apresentam como única função o ajuste dos níveis de tensão são
chamados de transformadores em fase. Seu modelo equivalente é representado a seguir:
Fonte: EnsineMe.
 Figura 9 – Representação do transformador em fase.
Os transformadores defasadores puros são aqueles capazes de alterar a defasagem
angular entre o primário e o secundário. Esses transformadores são utilizados para o controle
da potência ativa P, pois ela depende da defasagem angular entre os terminais. Ao ligar esses
dois tipos de transformador em série, obtém-se o transformador defasador, capaz de
controlar tanto os níveis de tensão quanto o fluxo de potência ativa.
REATOR SHUNT
O reator shunt possui como objetivo contrabalancear a capacitância shunt do sistema,
absorvendo parte de sua potência reativa e reduzindo o nível de tensão ao ponto em que está
ligado. Devido ao efeito Ferranti, é muito utilizada a ligação aos barramentos de saída das
linhas, de modo a manter as tensões nos níveis especificados. Mas tais reatores podem ser
ligados em pontos intermediários das linhas (reator de linha) e nos terciários do transformador
da estação receptora. Eles podem ainda ser do tipo potência constante ou de potência variável
(VSR).
CAPACITOR SÉRIE
Seu objetivo é baixar a reatância indutiva série do sistema e, assim, diminuir a distância elétrica
entre os terminais. Com a diminuição da impedância série, há aumento da capacidade de
transmissão da linha e maior estabilidade do sistema.
BANCO DE CAPACITOR SHUNT
Tal banco tem como principal função a geração de energia reativa para o sistema. É bastante
utilizado para o controle de tensão e do fatorde potência das Linhas de Transmissão.
COMPENSADOR SÍNCRONO
Conforme vimos no módulo 1, compensador síncrono é o gerador síncrono que opera em
vazio. Sua principal vantagem é poder se comportar tanto como um capacitor quanto um
indutor, auxiliando no controle do fator de potência a partir de sua potência reativa.
DISPOSITIVOS FACTS
Flexible Alternating Current Transmission Systems (FACTS) ou Sistema Flexível de
Transmissão em Corrente Alternada são elementos eletrônicos de potência capazes de exercer
o controle de fluxo de potência de sistemas CA. Eles podem atuar em série ou em paralelo.
São controlados principalmente por tiristores e têm a capacidade de se adaptar ao dinamismo
do sistema. O dispositivo mais utilizado é o Compensador Estático de Reativos (CER ou SVC,
em inglês), capaz de controlar a tensão a partir da troca de potência reativa entre a rede e seus
elementos reativos internos.
TIRISTORES
Família de semicondutores que operam em chaveamento.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. SOBRE O SISTEMA DE TRANSMISSÃO, ASSINALE A ALTERNATIVA
CORRETA:
A) Os transformadores em fase atuam no controle de Potência Ativa.
B) A utilização de capacitores shunt implica o aumento da transmissão de Potência Ativa.
C) O efeito Ferranti ocorre principalmente em linhas curtas.
D) A utilização de linhas de transmissão por corrente alternada (CA), idealizada por Nikola
Tesla, diminui a perda de energia por efeito Joule, devido ao fato de trabalhar com
transformadores.
E) A indutância shunt das LTs independe de fatores geométricos, como a distância entre os
condutores.
javascript:void(0)
2. REPRESENTAM AS VANTAGENS DA TRANSMISSÃO EM CORRENTE
ALTERNADA:
FACILIDADE DE DERIVAÇÕES.
CONEXÃO ENTRE SISTEMAS ASSÍNCRONOS.
MENOR CUSTO DE CONSTRUÇÃO PARA LONGAS DISTÂNCIAS.
NECESSIDADE DE MENOS SUBESTAÇÕES PARA COMPENSAÇÃO
DE POTÊNCIA REATIVA.
A) 0
B) 1
C) 2
D) 3
E) 4
GABARITO
1. Sobre o Sistema de Transmissão, assinale a alternativa correta:
A alternativa "D " está correta.
Utilizar transformadores permite reduzir a corrente e elevar a tensão do sistema, o que reduz a
perda por aquecimento da linha, que é o efeito Joule.
2. Representam as vantagens da transmissão em Corrente Alternada:
Facilidade de derivações.
Conexão entre sistemas assíncronos.
Menor custo de construção para longas distâncias.
Necessidade de menos subestações para compensação de potência reativa.
A alternativa "B " está correta.
O item I refere-se ao sistema CA e está correto, visto que a utilização de transformadores
permite diversas derivações durante o caminho da LT. Já os itens II, III e IV estão incorretos,
pois se referem ao sistema CC.
MÓDULO 4
 Descrever o Sistema de Distribuição
SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO
SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO
O nível de distribuição é a última etapa de um Sistema Elétrico de Potência. Entre os sistemas
de transmissão e de distribuição também há o sistema de subtransmissão, responsável por
suprir as subestações do sistema de distribuição ou as cargas industriais de médio porte. O
nível de tensão da subtransmissão é de 34,5 kV a 138 kV.
A ANEEL divide o sistema de distribuição nos níveis primário e secundário.
Primário: O primário abastece consumidores em níveis de tensão igual ou maior que 2,3 kV,
principalmente em 13,8 kV e 34,5 kV.
Secundário: A distribuição secundária opera abaixo de 2,3 kV, notadamente a 127/220 V ou
220/380 V, sempre em 60 Hz.
O nível de tensão 220 V oferece vantagem econômica, pois podem ser utilizados condutores
mais finos, visto que a corrente diminui. A tensão em 127 V, por sua vez, garante maior
segurança ao usuário, pois o dano causado em caso de choque é menor. Em contrapartida, a
frequência de 60 Hz é padronizada para todo o território nacional desde 1964, bem como os
países da América do Norte. No entanto, a maior parte dos sistemas de distribuição do mundo
operam em tensões entre 220 V e 240 V, na frequência de 50 Hz.
NORMATIZAÇÃO DA ANEEL
As atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e ao desempenho dos sistemas de
distribuição são normatizadas a partir dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no
Sistema Elétrico Nacional (PRODIST).
TAL CONJUNTO DE DOCUMENTOS TÉCNICOS É
ELABORADO PELA ANEEL, COM A
PARTICIPAÇÃO DE OUTROS AGENTES DO
SETOR ELÉTRICO. SEUS PRINCIPAIS
OBJETIVOS SÃO A GARANTIA DA QUALIDADE,
EFICIÊNCIA, SEGURANÇA E CONFIABILIDADE
NA DISTRIBUIÇÃO, ALÉM DE DISCIPLINAR OS
REQUISITOS TÉCNICOS NA INTERFACE COM A
REDE BÁSICA, COMPLEMENTANDO OS
PROCEDIMENTOS DE REDE.
A ANEEL exige um padrão de qualidade em relação à continuidade do serviço. Para tal, foram
criados os seguintes indicadores coletivos de continuidade:
Frequência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (FEC): Representa a
razão entre a soma das frequências de interrupção por unidade consumidora e o total de
consumidores.
Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (DEC): Estabelece a razão
entre a soma das durações equivalentes de interrupção (em horas), por unidade consumidora,
e o total de unidades.
Ambos definidos nos PRODIST, esses indicadores são apurados pelas distribuidoras e
enviados a autarquia para a análise.
A ANEEL prevê a cobrança de multa por parte das concessionárias de distribuição aos
consumidores que apresentem um fator de potência abaixo de 0,92 (capacitivo ou indutivo).
Em indústrias, pode-se chegar abaixo desse valor, caso haja transformadores operando em
vazio ou motores subcarregados. É possível corrigir o fator de potência a partir da instalação
de bancos de capacitores, por exemplo.
 COMENTÁRIO
A medida da ANEEL visa prioritariamente evitar o desperdício de energia a partir da limitação
da geração e do consumo de energia reativa.
A geração distribuída, principalmente a partir dos painéis solares instalados em telhados,
mudou o panorama do sistema de distribuição. Com a geração centralizada, os sistemas de
distribuição foram projetados para receber potência das subestações, mas não o contrário.
Essa inversão no fluxo de potência traz consequências técnicas e econômicas para as
distribuidoras em relação a aspectos como sistemas de proteção, qualidade da energia e
regulação de tensão.
SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO X SISTEMAS
DE TRANSMISSÃO
O sistema de distribuição possui importantes diferenças em relação ao de transmissão, tais
como:
O sistema de distribuição é desequilibrado, por isso requer a representação trifásica, e não a
unifilar.
Menores valores de X/R, o que implica decaimento mais rápido da corrente de curto-circuito.
Redes prioritariamente radiais em contraste ao sistema de transmissão malhado.
Além de tais diferenças, os sistemas de proteção para as redes de transmissão são mais
complexos e caros em relação aos de distribuição, pois seus maiores níveis de curto-circuito
exigem uma resposta mais rápida para eliminação dos defeitos, de modo a manter a
estabilidade do sistema.
Os principais equipamentos utilizados nos sistemas de proteção são:
DISJUNTORES COMANDADOS POR RELÉS
Utilizados para abrir ou fechar um circuito submetido à corrente de demanda ou
sobrecorrentes, os disjuntores comandados por relés são geralmente empregados como
proteção na saída de circuitos oriundos de subestações com transformadores de potência de
pelo menos 20 MVA (Mega Volt Ampere). Eles costumam ser acionados a partir do conjunto
formado entre o relé de sobrecorrente e o relé religador.
RELÊ
Interruptor eletromecânico.
RELIGADOR
O religador realiza automaticamente fechamentos e aberturas de seus contatos, em série com
o circuito, em caso de sobrecorrente em seu trecho de proteção. Ele possui um elemento
sensor capaz de supervisionar a corrente no circuito e tem a possibilidade de efetuar 4
aberturas (desligamentos) e 3 fechamentos (religamentos) sucessivos.
SECCIONALIZADOR
O seccionalizador abre automaticamente seus contatos principais, em série com o circuito,
quando há sobrecorrente em seu trecho de proteção. O equipamento da retaguarda efetua
aberturae religamentos. Ele não possui meios para extinção do arco elétrico no momento da
interrupção da corrente de falta, pois abre seus contatos quando o equipamento à retaguarda
está em aberto, isto é, com corrente nula.
CHAVE-FUSÍVEL
Dispositivo monofásico e automático capaz de interromper as fases envolvidas em caso de
sobrecorrente. A interrupção das fases afetadas ocorre pela fusão do elemento fusível.
As filosofias de proteção podem ser do tipo:
Seletiva
A proteção seletiva tem como objetivo isolar somente o trecho defeituoso, a partir da atuação
do dispositivo de proteção mais próximo da falta, que pode ser de qualquer tipo.

javascript:void(0)
Coordenada
Para eliminação de faltas permanentes, a proteção coordenada atua da mesma maneira por
meio do dispositivo mais próximo da falta. Já em caso de faltas transitórias, atua a partir dos
religamentos automáticos.
REDES E ARRANJOS
A rede mais utilizada para distribuição no Brasil, tanto em nível primário quanto secundário, é a
de modelo convencional. Sua ligação se dá de forma aérea, sendo composta por cabos nus
apoiados em isoladores nas cruzetas dos postes.
 COMENTÁRIO
A rede de modelo convencional é a de menor custo, porém a mais suscetível a falhas devido a
exposição ao meio ambiente.
A rede primária também pode ser do tipo compacta, composta por cabos protegidos, separados
entre si por um espaçador, sustentada pelo cabo mensageiro. Ademais, ela pode se valer de
cabos isolados em rede subterrânea.
Já a rede secundária utiliza cabos multiplexados em redes aéreas, que conferem maior
confiabilidade, porém a um custo maior.
O arranjo de subestação conhecido como barra simples é o mais utilizado para as subestações
de distribuição graças a seu baixo custo. Consiste em uma ligação simples entre os
barramentos de subtransmissão e de distribuição, a partir do transformador, conforme indica a
figura:
Fonte: EnsineMe.
 Figura 10 – Arranjo barra simples.
Para aumentar a confiabilidade do sistema, são utilizadas duas linhas de alimentação — uma
reserva, com chave NA. Além disso, conecta-se uma chave NA entre a saída dos
alimentadores primários, de modo a permitir a manutenção dos disjuntores.
CHAVE NA
Chave seccionadora (disjuntor).
Em caso de subestação com dois transformadores ou mais, opta-se pelo modelo de barra
simples seccionada:
javascript:void(0)
Fonte: EnsineMe.
 Figura 11 – Barra simples seccionada.
Em situações de contingência, os transformadores restantes devem ser capazes de suprir a
demanda da subestação. Logo, define-se Potência Firme de uma subestação como a potência
que pode ser suprida em caso de contingência do transformador de maior potência. Para esse
cálculo, considera-se que os transformadores restantes operam em sobrecarga.
Fonte: Shuterstock.com
DISTRIBUIÇÃO PRIMÁRIA
Na distribuição primária, em redes aéreas, utiliza-se principalmente o arranjo radial,
composto por um tronco alimentador que deriva em diversos ramais. Outro sistema bastante
utilizado, tanto em redes aéreas quanto subterrâneas, é o primário seletivo, composto por um
circuito duplo. Os consumidores ligam-se a ambos por meio de uma chave de transferência.
Fonte: Shuterstock.com
DISTRIBUIÇÃO SECUNDÁRIA
Na distribuição secundária, destacam-se as redes radiais e as redes em malha. No centro de
grandes metrópoles, costuma-se utilizar o sistema subterrâneo reticulado, em que as cargas
são alimentadas por diferentes circuitos que, operando em paralelo, formam uma malha. O alto
custo de instalação desse tipo de rede justifica-se pela alta confiabilidade apresentada, pois o
desligamento de um circuito primário não provoca a interrupção do fornecimento.
Desse modo, ambas as redes apresentam FEC e DEC próximos a 0.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. ASSINALE A ALTERNATIVA QUE NÃO APRESENTA UMA
CARACTERÍSTICA DO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO:
A) É fortemente malhado.
B) Contém menores níveis de curto-circuito comparado ao sistema de transmissão.
C) Nele, ocorre representação trifásica devido ao desequilíbrio do sistema.
D) Possui níveis de tensão abaixo de 2,3 kV para distribuição secundária.
E) Seus sistemas de proteção são mais simples em relação aos utilizados na transmissão.
2. SOBRE O SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO, ASSINALE A ALTERNATIVA
CORRETA:
A) A proteção coordenada tem como principal objetivo isolar o trecho defeituoso.
B) A ligação aérea com cabos protegidos é o modelo mais utilizado no sistema de distribuição
brasileiro.
C) No arranjo de barra simples, os consumidores são ligados ao circuito duplo via chave de
transferência.
D) A Potência Firme representa o que a subestação pode suprir caso perca seu transformador
de menor potência.
E) DEC e FEC são dois indicadores coletivos de continuidade de serviço, estabelecidos pelos
PRODIST.
GABARITO
1. Assinale a alternativa que não apresenta uma característica do sistema de
distribuição:
A alternativa "A " está correta.
O sistema de distribuição é prioritariamente radial, pois seu fluxo de energia elétrica está
apenas em uma direção. Esse sistema é o mais simples e o de menor custo.
2. Sobre o sistema de distribuição, assinale a alternativa correta:
A alternativa "E " está correta.
O DEC é um indicador que mede o temo de duração de uma interrupção em uma unidade que
esteja realizando o consumo de energia. Já o FEC é um indicador que tem por serventia
mostrar a frequência com a qual ocorre essa interrupção.
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste tema, você aprendeu o que é um Sistema Elétrico de Potência, conhecendo seus
principais elementos e seus subsistemas.
No módulo 1, vimos o conceito de SEP, os requisitos a que deve atender e seus principais
componentes: geradores, transformadores, Linhas de Transmissão e cargas. Além disso, o
conteúdo apresentou o panorama do Sistema Elétrico Brasileiro e seus principais agentes.
Abordamos o sistema de geração de energia elétrica e os conceitos de matriz energética e
matriz elétrica, e como o Brasil está inserido no cenário mundial. Em seguida, aprofundamos o
estudo em cada uma das principais fontes: hidrelétrica, termelétrica, nuclear, eólica e solar.
No módulo sobre sistema de transmissão, apresentamos um panorama da transmissão em
Corrente Alternada (CA) e Corrente Contínua (CC) sob um ponto de vista histórico até os dias
atuais, dando enfoque às vantagens de cada tipo de transmissão e a suas aplicações no Brasil.
A seguir, o conteúdo voltou-se para a modelagem das Linhas de Transmissão e para os
equipamentos de controle e de compensação.
Por fim, acompanhamos o estudo dos sistemas de distribuição, também abordando a
subtransmissão. Vimos as principais diferenças em relação ao sistema de transmissão, e os
tipos de redes e arranjos utilizados.
AVALIAÇÃO DO TEMA:
REFERÊNCIAS
BRASIL. Agência Nacional de Energia Elétrica. Procedimentos de Distribuição de Energia
Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST. Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica.
Brasília, DF: ANEEL, 2018.
BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Empresa de Pesquisa Energética. Plano Decenal de
Expansão de Energia 2029. Brasília, DF: MME/EPE, 2019.
CHAPMAN, S. J. Fundamentos de máquinas elétricas. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013.
FUCHS, R. D. Transmissão de energia elétrica: linhas aéreas. Rio de Janeiro: LTC/EFEI,
1997.
KAGAN, N.; OLIVEIRA, C. C. B; ROBBA, E. J. Introdução aos sistemas de distribuição de
energia elétrica. 2. ed. São Paulo: Editora Blucher, 2010.
LORA, E. E. S.; NASCIMENTO, M. A. R. Geração termelétrica: planejamento, projeto e
operação. Rio de Janeiro: Editora Interciência, 2004. v. 2.
MONTICELLI, A. J.; GARCIA, A. Introdução a sistemas de energia elétrica. 2. ed. Campinas:
Editora Unicamp, 2011.
ROBBA, E. J. et al. Introdução a sistemas elétricos de potência: componentes simétricas. 2.
ed. rev. e ampl. São Paulo: Editora Blucher, 2000.
STEVENSON, W. D. Elementos de análise de sistemas de potência. 2. ed. São Paulo:
McGraw-Hill, 1986.
TOLMASQUIM, M. T. et al. Energia renovável:hidráulica, biomassa, eólica, solar, oceânica.
Rio de Janeiro: EPE, 2016.
TOLMASQUIM, M. T. et al. Energia termelétrica: gás natural, biomassa, carvão, nuclear. Rio
de Janeiro: EPE, 2016.
EXPLORE+
Para saber mais sobre os assuntos tratados neste tema, pesquise:
Empresa de Pesquisa Energética (EPE) – Plano Decenal de Expansão de Energia
(PDE), Plano Nacional de Energia (PNE) e Programa de Expansão da Transmissão
(PET/PELP).
Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) – Procedimentos de Distribuição de
Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST), Procedimentos de Regulação
Tarifária (PRORET) e Atlas de Energia Elétrica do Brasil (2008).
Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) – Procedimentos de Rede, Plano de
Ampliações e Reforços (PAR) e Plano de Operação Elétrica (PEL).
Sugerimos também que assista aos seguintes vídeos:
Batalha das Correntes (2017) – filme que aborda a disputa sobre o sistema de energia
elétrico a ser utilizado (CA ou CC) entre Thomas Edison e George Westinghouse.
Gigantes da Engenharia – Itaipu (2013) – documentário que apresenta esta usina
hidrelétrica.
CONTEUDISTA
Sandro Santos de Lima
 CURRÍCULO LATTES
javascript:void(0);