Slides - Aula - Universidad de Piura - 4_5_2020

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Sistemas Elétricos de Potência
Professora: Priscila de Lima Vianna
Temas abordados:
❖Histórico
❖O Sistema Elétrico de Potência
❖O Sistema Elétrico Brasileiro
❖Transmissão em Corrente Contínua: HVDC (CCAT)
❖Redes Inteligentes (Smart Grids)
SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA 
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Histórico
A INDÚSTRIA DA ENERGIA ELÉTRICA
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Histórico
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❖1878: Thomas Edison começou a trabalhar na
lâmpada elétrica;
❖1882: Inauguração de sua histórica Estação
Pearl Street, na cidade de Nova York;
❖Desde o início de 1882 a 1972, a indústria de
serviços públicos elétricos cresceu a um ritmo
notável
❖A taxa de crescimento da energia elétrica nos
Estados Unidos foi de aproximadamente 7% ao
ano, de 1902 a 1972.
Histórico
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❖Juntamente com os aumentos
no crescimento da carga,
houve um aumento contínuo
no tamanho das unidades
geradoras.
❖1885: Desenvolvimento de um
transformador comercialmente
prático por William Stanley. →
Transmissão CA.
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❖1888: Nikola Tesla apresentou
um documento em uma
reunião do Instituto
Americano de Engenheiros
Eletricistas, descrevendo
motores de indução e
motores síncronos de duas
fases, que evidenciaram as
vantagens dos sistemas
polifásicos sobre os
monofásicos.
Histórico
Histórico
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❖Desde a primeira rede de transmissão que surgiu nos Estados
Unidos, as tensões de transmissão CA aumentaram
progressivamente;
❖Os incentivos para o aumento das tensões de transmissão foram:
◦ Aumentos na distância de transmissão e capacidade de transmissão;
◦ Menores quedas de tensão ao longo da linha;
◦ Redução de perdas de linha;
◦ Menor capital e custos operacionais de transmissão.
𝑃 = 𝑉. 𝐼 𝑉 = 𝑅. 𝐼 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 → 𝑅. 𝐼2
Histórico
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❖Os primeiros sistemas de CA operavam em várias frequências,
incluindo 25, 50, 60 e 133 Hz. Em 1891, foi proposto que 60 Hz fosse
a frequência padrão nos Estados Unidos;
❖Hoje, as duas frequências padrão para geração, transmissão e
distribuição de energia elétrica no mundo são 60 Hz (nos Estados
Unidos, Canadá, Japão, Brasil) e 50 Hz (na Europa, antigas repúblicas
soviéticas, maior parte da América do Sul).
O Sistema Elétrico de 
Potência
FUNCIONAMENTO
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A Indústria de Energia Elétrica
❖A indústria de energia elétrica provavelmente é a maior e mais
complexa indústria do mundo;
❖O consumo de energia elétrica está diretamente ligado ao
progresso e crescimento econômico;
❖É necessário projetar sistemas de energia elétrica cada vez maiores,
com segurança e economia.
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O Sistema Elétrico de Potência
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❖Função: Fornecer energia elétrica a todos os usuários com a
qualidade adequada, no instante em que for solicitada.
❖Composto de geração, transmissão e distribuição.
Geração
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❖A energia é obtida a partir da conversão
de alguma outra forma de energia.
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• Tempo de construção longo;
• Custo de investimento elevado;
• Situam-se onde haja disponibilidade de água com
desnível que permita a construção, através de
barragens, do reservatório, exigindo a construção de
sistema de transmissão;
• Causam alagamento de áreas férteis, perda de
terrenos produtivos, e possíveis modificações no
clima da microrregião;
• Custo operacional extremamente baixo.
Usinas Hidrelétricas Usinas Térmicas
• Tempo de construção e custo de investimento
sensivelmente menores;
• Maior grau de liberdade em sua localização,
podendo se situar mais próximas do centro de
consumo – Menor investimento no sistema de
transmissão;
• Custo operacional elevado (alto custo do
combustível);
• Emissão na natureza de poluentes, resíduos da
combustão, e, utilização de combustível não-
renovável.
Fontes de Geração de Energia Elétrica
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❖Fontes Renováveis:
◦ Energia hidráulica
◦ Biomassa
◦ Eólica
◦ Solar
◦ Biogás
◦ Geotérmica
◦ Mar
❖Fontes Não-Renováveis:
◦ Gás Natural
◦ Derivados do Petróleo
◦ Energia Nuclear
◦ Carvão Mineral
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Transmissão
❖O sistema de transmissão tem a função de
transportar a energia elétrica dos centros de
produção para os de consumo;
❖Precisam ter elevada confiabilidade, uma vez
que são os responsáveis pelo atendimento
dos grandes centros de consumo. Por isso
obedecem a rigorosos critérios de projeto e
de operação.
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Distribuição
❖Recebe a energia das linhas de
transmissão e distribui para os
consumidores;
❖Sistema de subtransmissão: Linhas
trifásicas, operando em tensões
usualmente de 138 kV ou 69 kV ou,
mais raramente, em 34,5 kV.
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Distribuição
❖Redes de distribuição primária:
Média Tensão. Emergem das
subestações de distribuição e
operam radialmente;
❖Redes de distribuição secundária:
Suprem consumidores de baixa
tensão;
❖Rede aérea ou subterrânea.
Sistema Interligado
❖Nos Estados Unidos, as
concessionárias de energia elétrica
cresceram primeiro como sistemas
isolados, com novas começando a
operar em todo o país;
❖Gradualmente, as concessionárias
vizinhas começaram a se
interconectar, e operar em
paralelo. Isso melhorou a
confiabilidade e a economia.
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Vantagens:
Maior confiabilidade e
economia: Possibilidade de
intercâmbio de energia entre
diversas áreas;
Desvantagens:
Maiores correntes de curto-
circuito, riscos de blackout.
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Sistema de Proteção
❖Curto-circuito ocorre nos sistemas de energia devido a
alguma falha no isolamento do equipamento, que pode
ser causada por sobretensões do sistema, contaminação
do isolamento ou outras causas mecânicas e naturais;
❖As correntes de curto-circuito têm valor muito elevado,
e se persistirem podem causar danos ao isolamento,
derretimento do condutor, incêndio e até explosão.
Enrolamentos e barramentos também podem sofrer
danos mecânicos devido a altas forças magnéticas
durante falhas;
❖Por isso, as falhas devem ser rapidamente isoladas em
um sistema elétrico.
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Sistema de Proteção
❖Proteção é “a ciência, a habilidade e a arte de
aplicar e configurar relés e/ou fusíveis para
fornecer máxima sensibilidade a falhas e
condições indesejáveis, mas para evitar sua
operação em todas as condições permitidas ou
toleráveis.” [Blackburn]
❖Relé é “um dispositivo cuja função é detectar
linhas ou aparelhos com defeito ou outras
condições do sistema de energia de natureza
anormal ou perigosa e iniciar uma ação de
controle apropriada.” [IEEE].
Sistema de Proteção
Características essenciais do Sistema de Proteção:
❖Sensibilidade
❖Segurança
❖Seletividade
❖Confiabilidade
❖Velocidade
❖Simplicidade
❖Economia
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O Sistema Elétrico 
Brasileiro
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Histórico
❖Do início do século XX até meados da década de 1940, a indústria
elétrica no Brasil era explorada, majoritariamente, por empresas
privadas estrangeiras;
❖Nesta fase inicial da indústria de energiaelétrica brasileira não
havia uma legislação específica;
❖Publicação do Código das Águas e da Constituição de 1934: A União
passou a centralizar a outorga de todas as fases da indústria de
energia elétrica (geração, transmissão e distribuição);
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Histórico
❖O modelo de monopólio estatal prevaleceu até o começo da
década de 1990 e foi responsável pela expansão e a consolidação
da indústria elétrica brasileira;
❖Com as mudanças que estavam ocorrendo e a crise financeira do
setor elétrico e da União, este modelo se tornou insustentável e
ineficiente frente às novas demandas econômicas e sociais;
❖O Estado passou a ter a função única e exclusiva de regulador da
atividade econômica, incentivando a iniciativa privada a assumir a
atividade empresarial nessas indústrias.
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O Sistema Elétrico 
Brasileiro
❖Possui uma estrutura extensa e
complexa, em função das
dimensões continentais do país;
❖No início de 2014 o Brasil
dispunha de 2977 usinas, sendo
1091 delas usinas hidrelétricas;
❖Sistema Interligado Nacional
(SIN);
❖Alta complexidade de operação.
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Modelo do Sistema Elétrico Brasileiro
❖O atual modelo visa os três principais alvos do serviço público de
eletricidade:
◦ Segurança no abastecimento,
◦ Modicidade tarifária, e
◦ Universalização dos serviços de energia elétrica.
❖Diversos agente atuam no setor elétrico brasileiro:
◦ Agentes institucionais;
◦ Agentes econômicos.
Estrutura Institucional do Setor Elétrico Brasileiro
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CNPE
Conselho Nacional de Política 
Energética
MME
Ministério de Minas e Energia
ANEEL
Agência Nacional de Energia 
Elétrica
CCEE
Câmara de Comercialização de 
Energia Elétrica
CMSE
Comitê de Monitoramento do 
Setor Elétrico
ONS
Operador Nacional do Sistema 
Elétrico
EPE
Empresa de Pesquisa 
Energética
● Atividades de Governo
● Atividades Regulatórias
● Atividades Especiais
Setor Elétrico Brasileiro: 
Geração
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No modelo atual a atividade de
geração de energia é considerada
competitiva.
Capacidade Instalada do SIN:
Setor Elétrico Brasileiro:
Transmissão
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As empresas de transmissão são
responsáveis pela implantação e
operação das rede de
transmissão, e são remuneradas
pela disponibilização dos ativos
de transmissão para a rede
básica.
Extensão da Rede 
Básica de Transmissão:
Setor Elétrico Brasileiro: Distribuição
❖As empresas de distribuição devem firmar contratos de concessão
de serviço público com o Poder Concedente, representado pela
ANEEL.
❖As concessionárias de serviço público de distribuição são
remuneradas por meio de tarifas de fornecimento de energia
elétrica e de uso do sistema de distribuição.
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Transmissão em 
Corrente Contínua: 
HVDC (CCAT)
NO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO
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Transmissão em Corrente Contínua: HVDC
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❖Para linhas em longas distâncias algumas vezes a transmissão em
corrente contínua é mais econômica;
❖As perdas são menores para transmissões em longas distâncias;
❖Menor impacto ambiental (faixa de servidão);
❖O HVDC é o único método viável para interconectar duas redes
assíncronas.
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Linhas de Transmissão HVDC:
600 kV, 2375 km
Porto Velho - Araraquara
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Localização: BR 364, km 731,6 s/nº
Bipolo 1
Bipolo 2
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Subestação Coletora – Porto Velho
LTS 500 KV 
UHE Santo Antônio
LTS 500 KV
UHE Jirau
Linhas HVDC para 
Araraquara
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Bipolo 1: 2 Salas de Válvulas, 6 transformadores monofásicos, pátio CC.
Subestação Coletora – Porto Velho
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Trafo 500 / 254,6 
/254,6 kV 
3 x 630 MVA
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Sala de Válvulas de cada Polo: 3 Quadriválvulas
Subestação Coletora – Porto Velho
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Subestação Coletora – Porto Velho
Saída do Bipolo
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Linhas de Transmissão HVDC:
600 kV
2375 km
Porto Velho - Araraquara
Redes Inteligentes 
(Smart Grids)
TENDÊNCIAS FUTURAS
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Redes Inteligentes
❖Geração centralizada e
distribuição radial → Geração
distribuída
❖Desafios: Fluxo bidirecional,
injeções de potência em
diferentes pontos do sistema,
novos recursos de
armazenamento de energia;
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Redes Inteligentes
❖O grande e novo potencial de carga dos veículos elétricos exige que
o medidor elétrico doméstico e o sistema de distribuição se tornem
mais inteligentes;
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❖Uma rede inteligente usa tecnologia
digital para melhorar a confiabilidade,
segurança e eficiência (econômica e
energética) do sistema elétrico;
❖Por trás da rede inteligente existe a
necessidade de uma infraestrutura
cibernética confiável.
Redes Inteligentes
Características desejadas:
❖Permite a participação ativa dos consumidores;
❖Acomoda todas as tecnologias de geração e armazenamento;
❖Permite novos produtos, serviços e mercados;
❖Fornece energia de qualidade que atenda às necessidades do século XXI;
❖Otimiza a utilização de ativos e a eficiência operacional;
❖Auto-recuperação de distúrbios no sistema de energia;
❖Opera resilientemente contra ataques físicos e cibernéticos;
❖Fornecer energia elétrica confiável e de alta qualidade, de maneira
ambientalmente amigável e sustentável.
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Bibliografia
❖Power Systems Analysis and Design, 5ª edição - Glover, Sarma e Overbye.
❖Introdução Os Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica, 2ª edição –
Kagan, Oliveira e Robba.
❖Novo Modelo do Setor Elétrico Brasileiro, 2ª edição – Mauricio
Tolmasquim.
❖Atlas de Energia Elétrica do Brasil, 3ª edição – ANEEL.
❖Site do ONS.
❖Dados da Eletronorte sobre a Subestação Coletora.
❖Arquivo de fotos pessoal.
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Obrigada!