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GRA1068 - TRANSMISSAO E DISTRIBUICAO DE ENERGIA ELETRICA - UNIDADE 01

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23/10/2023, 11:48 E-book
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TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DETRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE
ENERGIA ELÉTRICAENERGIA ELÉTRICA
VISÃO GERAL DO SISTEMAVISÃO GERAL DO SISTEMA
ELÉTRICO DE POTÊNCIA,ELÉTRICO DE POTÊNCIA,
QUALIDADE DE ENERGIAQUALIDADE DE ENERGIA
ELÉTRICA, TIPOS DE CARGAS EELÉTRICA, TIPOS DE CARGAS E
CONTROLE DE TENSÃO NA REDECONTROLE DE TENSÃO NA REDE
BÁSICABÁSICA
Au to r ( a ) : R o d r i g o V i n í c i u s S a r to r i
R ev i s o r : S o f i a M a r i a A m o r i m Fa l c o R o d r i g u e s
Tempo de leitura do conteúdo estimado em 1 hora e 5 minutos.
23/10/2023, 11:48 E-book
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Introdução
Nesta unidade, são apresentados os fundamentos do sistema elétrico de potência (SEP), a
evolução do setor elétrico brasileiro, os conceitos de qualidade de energia elétrica e os tipos de
cargas existentes nos sistemas de distribuição. Além disso, é abordado o controle de tensão na
rede básica, um aspecto essencial para a estabilidade e a con�abilidade do sistema elétrico.
Ao �nal deste material, esperamos que você compreenda os fundamentos do SEP, os indicadores
de qualidade de energia elétrica, os tipos de cargas e suas características, bem como os métodos
e as estratégias de controle de tensão na rede básica. Essa base conceitual é fundamental para o
desenvolvimento das habilidades necessárias na área de engenharia elétrica, especialmente no
que diz respeito à transmissão e distribuição de energia elétrica.
O Sistema Elétrico de Potência (SEP) constitui uma complexa rede de componentes e processos
interconectados, que trabalham coordenadamente para garantir a geração, transmissão,
distribuição e o consumo de energia elétrica. A energia elétrica é gerada em usinas, convertendo
diversas fontes de energia primária (hidráulica, térmica, eólica e solar) em energia elétrica. Pelas
usinas, a energia é transmitida por longas distâncias, por meio das linhas de transmissão, que
funcionam como “rodovias” de energia elétrica, interligando as regiões do país e permitindo o
transporte da energia até os centros de consumo.
Visão geral do sistema
elétrico de potência
23/10/2023, 11:48 E-book
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Segundo Oliveira et al. (1996), o SEP é dividido em três níveis principais de tensão: Subtransmissão
de Alta Tensão (SDAT), Média Tensão (SDMT) e Baixa Tensão (SDBT). A energia elétrica é
transmitida em alta tensão para reduzir as perdas por efeito Joule e a e�ciência no transporte da
energia. Ao chegar aos centros urbanos, a tensão é “rebaixada”, por meio de subestações de
transformação, passando pela subtransmissão, distribuição e �nalmente chegando aos
consumidores �nais em baixa tensão.
Os consumidores �nais são classi�cados em três categorias: residenciais, comerciais e
industriais. Cada categoria tem características próprias de demanda e per�l de consumo,
in�uenciando diretamente a maneira como a energia é fornecida e distribuída.
Para assegurar a con�abilidade e a qualidade da energia elétrica fornecida aos consumidores, o
SEP deve ser gerenciado e operado e�cientemente. Diversos agentes são responsáveis pelo
funcionamento do sistema: operadores de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica
e órgãos reguladores e �scalizadores, que estabelecem regras e normas técnicas para o setor
elétrico.
Estudante, é importante que você compreenda a evolução do modelo do setor elétrico brasileiro. O
setor elétrico brasileiro teve diversas transformações ao longo dos anos, desde a criação, no início
do século XX. No infográ�co a seguir, apresentamos um breve resumo das etapas mais
importantes dessa evolução.
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Atualmente, o setor elétrico brasileiro é caracterizado por um modelo híbrido, no qual convivem
empresas estatais e privadas, atuando tanto na geração quanto na transmissão e na distribuição
de energia elétrica. O governo, por meio de órgãos reguladores como a Agência Nacional de
Energia Elétrica (Aneel), continua exercendo um papel fundamental na regulação e no
planejamento do setor, garantindo a segurança energética e a qualidade do serviço prestado aos
consumidores.
Estudante, para entender melhor o funcionamento do (SEP) e como a energia elétrica é gerada,
transmitida e distribuída, conheça alguns conceitos fundamentais. A rede básica é composta de
linhas de transmissão e subestações de alta tensão que interligam as usinas geradoras de energia
elétrica aos centros de consumo. Responsável por transportar a energia em grandes distâncias e
garantir a e�ciência e a con�abilidade do sistema, no Brasil, opera em tensões iguais ou superiores
a 230 kV.
Há ainda a Subtransmissão de Alta Tensão (SDAT). O SDAT é o nível de tensão imediatamente
abaixo da rede básica, responsável por transportar a energia elétrica das subestações de
transmissão para as subestações de distribuição. A SDAT opera em tensões entre 69 kV e 230 kV.
Por sua vez, a Subtransmissão de Média Tensão (SDMT) é o nível de tensão que distribui a energia
elétrica das subestações de distribuição até os pontos de consumo. A SDMT opera em tensões
entre 1 kV e 35 kV. É nesse nível de tensão que ocorre a maioria das conexões dos consumidores
comerciais e industriais de médio porte.
Fase inicial (até 1960)
Estatização e expansão (1960-1990)
Racionamento e crise
energética (1990-2000)
Reforma do setor elétrico e abertura
à iniciativa privada (2000-)
Fonte: Wirestock / Freepik.
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Finalmente, a Subtransmissão de Baixa Tensão (SDBT) é o nível de tensão mais próximo dos
consumidores �nais, responsável por entregar a energia elétrica aos pontos de consumo em
tensões até 1 kV. Nesse nível de tensão, estão conectados os consumidores residenciais e
pequenos estabelecimentos comerciais.
Para certi�car a e�ciência, a segurança e a qualidade do fornecimento de energia elétrica, o setor
elétrico brasileiro adota diversos procedimentos e normas técnicas: procedimento de rede e o de
distribuição de energia elétrica no sistema elétrico nacional (Prodist).
Os procedimentos de rede são um conjunto de regras e diretrizes estabelecidas pela Aneel, que
visa padronizar e orientar as atividades de planejamento, operação, manutenção e expansão dos
sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica no Brasil. Aplicados a todos os agentes
do setor elétrico, inclui as empresas de geração, transmissão e distribuição de energia e também
os consumidores.
Esses procedimentos abrangem aspectos como a conexão de novas instalações ao sistema
elétrico, a operação e a manutenção das redes e equipamentos, o gerenciamento de emergências
e a coordenação entre os diferentes agentes envolvidos na prestação do serviço de energia
elétrica.
Por sua vez, o Prodist é um documento técnico, elaborado pela Aneel, que estabelece as diretrizes
e os procedimentos especí�cos para as atividades de distribuição de energia elétrica no Brasil. O
objetivo do Prodist é garantir a qualidade, con�abilidade e segurança do serviço prestado pelas
empresas distribuidoras de energia elétrica e facilitar a integração entre os diferentes agentes do
setor.
O Prodist é composto de módulos que abordam temas como: a padronização das instalações de
distribuição, o planejamento e a operação das redes, a medição de energia elétrica, a tarifação e o
faturamento, a gestão da qualidade do serviço e do produto, dentre outros aspectos relevantes
para a distribuição de energia elétrica.
Érelevante também conhecer o conceito de Per Unit (PU). Essencialmente, o sistema PU é uma
metodologia utilizada em análises de sistemas elétricos de potência para simpli�car e padronizar
os valores das grandezas elétricas, como tensão, corrente e potência. Nesse sistema, as
grandezas são expressas como uma fração ou percentual de uma grandeza base, facilitando a
comparação e a análise entre os diversos elementos do sistema elétrico.
No sistema PU, as grandezas elétricas são representadas como uma relação entre o valor da
grandeza e o valor base correspondente. Por exemplo, se a tensão nominal de um sistema é de
13,8 kV e a tensão base escolhida é de 13,8 kV, a tensão em PU será 1 (13,8 kV / 13,8 kV). Caso a
tensão do sistema seja de 12,42 kV, a tensão em PU será aproximadamente 0,9 (12,42 kV / 13,8
kV), e assim por diante.
Na prática, o sistema PU simpli�ca as equações e os modelos matemáticos empregados na
análise de sistemas elétricos de potência e facilita a comparação entre os resultados obtidos em
diferentes condições de operação ou sistemas elétricos.
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Igualmente relevante é saber o conceito inerente a mudanças de base. Em alguns casos, pode ser
necessário converter as grandezas elétricas expressas em um sistema de base para outro sistema
de base, a �m de facilitar a análise e a comparação entre os elementos do sistema elétrico. Esse
processo recebe a designação de mudança de base e consiste em aplicar um fator de conversão
às grandezas elétricas, de modo a expressá-las em relação a uma nova base. Esse fator de
conversão é obtido da relação entre os valores das grandezas-base dos sistemas original e de
base desejados.
Por exemplo, suponha que a tensão em PU de um elemento do sistema elétrico seja 0,95 em
relação a uma base de 13,8 kV e que se planeja converter essa tensão para um sistema de base de
20 kV. O fator de conversão para a tensão será 13,8 kV / 20 kV = 0,69. Assim, a tensão em PU no
sistema de base de 20 kV será 0,95 x 0,69 = 0,656.
Em última análise, a compreensão do conceito de PU e das mudanças de base é fundamental para
os pro�ssionais que atuam na área de engenharia elétrica, especialmente na análise e no projeto
de sistemas elétricos de potência, uma vez que possibilita simpli�car os cálculos e contribuir para
a interpretação dos resultados obtidos.
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Com base na descrição dos diferentes níveis de tensão do Sistema Elétrico de Potência (SEP),
uma determinada instância é responsável por distribuir energia elétrica das subestações de
distribuição até os pontos de consumo, operando em tensões na faixa de valores entre 1 kV e 35
kV.
Considerando o apresentado, assinale a alternativa que identi�ca a instância abordada.
a) Rede básica.
b) Subtransmissão de Alta Tensão (SDAT).
c) Subtransmissão de Média Tensão (SDMT).
d) Subtransmissão de Baixa Tensão (SDBT).
e) Pequenas centrais hidrelétricas (PCH).
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Caro(a) estudante, é preciso compreender que a boa qualidade da energia elétrica é um aspecto
decisivo para o adequado funcionamento dos equipamentos e sistemas elétricos, bem como para
promover a e�ciência energética e a satisfação dos consumidores. Nesse contexto, é importante
distinguir dois conceitos relacionados à qualidade da energia elétrica: do serviço e do produto.
Fonte: studio4rt / Freepik.
Qualidade de energia
elétrica
Qualidade do serviço
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Os indicadores de qualidade do serviço são estabelecidos pelos órgãos reguladores, como a
Aneel, e incluem os seguintes parâmetros: Duração Equivalente de Interrupção por Unidade
Consumidora (DEC), Frequência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (FEC),
Tempo Médio de Atendimento Emergencial (TMAE), dentre outros. Em uma visão mais
pormenorizada acerca dos principais indicadores de qualidade do serviço, destacam-se:
DEC: indicador que mede a duração média das interrupções no fornecimento de energia
elétrica para cada unidade consumidora em um período de 12 meses. Expresso em horas, é
calculado somando-se o tempo de duração de todas as interrupções e dividindo-se pelo
número de unidades consumidoras.
FEC: indicador que mede a frequência média de interrupções no fornecimento de energia
elétrica para cada unidade consumidora em um período de 12 meses. É expresso em
número de interrupções e calculado somando-se o número total de interrupções e
dividindo-se pelo número de unidades consumidoras.
TMAE: mede o tempo médio necessário para que a distribuidora de energia elétrica
restabeleça o fornecimento de energia após uma interrupção emergencial. É expresso em
horas e calculado somando-se o tempo de atendimento de todas as emergências e
dividindo-se pelo número total de atendimentos emergenciais realizados.
Duração de Interrupção Individual por Unidade Consumidora (DIC): mede a duração média
das interrupções no fornecimento de energia elétrica para cada unidade consumidora
individualmente, em um período de 12 meses. É expresso em horas e calculado somando-
se o tempo de duração de todas as interrupções e dividindo-se pelo número de unidades
consumidoras afetadas por cada interrupção.
Frequência de Interrupção Individual por Unidade Consumidora (FIC): mede a frequência
média de interrupções no fornecimento de energia elétrica para cada unidade consumidora
individualmente, em um período de 12 meses. É expresso em número de interrupções,
calculado somando-se o número total de interrupções e dividindo-se pelo número de
unidades consumidoras afetadas por cada interrupção.
Duração Máxima de Interrupção Contínua (DMIC): mede a duração máxima de uma
interrupção contínua no fornecimento de energia elétrica, considerando todas as unidades
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consumidoras atendidas pela distribuidora. É expresso em horas e calculado como o maior
valor de duração entre todas as interrupções registradas.
Duração de Interrupção por Reclamação Individual (DICRI): mede a duração média das
interrupções no fornecimento de energia elétrica para cada unidade consumidora
individualmente, em um período de 12 meses, considerando apenas as interrupções objeto
de reclamação dos consumidores. Esse indicador é importante para identi�car problemas
especí�cos, que afetam determinadas unidades consumidoras e podem não ser capturados
pelos indicadores globais de qualidade do serviço, como o DEC e o FEC. O DICRI é expresso
em horas, calculado somando-se o tempo de duração de todas as interrupções que
geraram reclamações e dividindo-se pelo número total de reclamações registradas.
Já a qualidade do produto refere-se às características elétricas da energia fornecida, como a
forma de onda da tensão e da corrente, a presença de harmônicos, a variação de tensão e a
variação de frequência. Para Mohan (2016), a qualidade do produto é um aspecto importante para
o funcionamento adequado dos equipamentos e sistemas elétricos, uma vez que distorções na
forma de onda da tensão e da corrente, ou variações de tensão e frequência fora dos limites
estabelecidos, afetariam o desempenho e a vida útil dos dispositivos conectados à rede elétrica.
A qualidade do produto costuma ser avaliada por meio de indicadores e normas técnicas
especí�cas, como as normas da série IEC 61000 (compatibilidade eletromagnética) e a norma
brasileira NBR 5410 (instalações elétricas de baixa tensão). Esses parâmetros e as normas
estabelecem os limites aceitáveis para ascaracterísticas elétricas da energia fornecida, a �m de
garantir a compatibilidade entre os equipamentos e o sistema elétrico de potência.
Dentre os principais indicadores de qualidade do produto, destacam-se:
Distorção Harmônica Total, Total Harmonic Distortion (THD): mede a distorção harmônica
na forma de onda da tensão e da corrente em relação à frequência fundamental. É expresso
em porcentagem e calculado com base no somatório das amplitudes das harmônicas em
relação à amplitude da frequência fundamental. Valores elevados de THD afetam o
desempenho e a vida útil dos equipamentos elétricos.
Variação de tensão: a variação de tensão é um indicador que mede as �utuações na tensão
fornecida em relação ao valor nominal. As variações de tensão são classi�cadas em
variações de curta duração, como afundamentos e elevações de tensão, e de longa
duração, como desequilíbrios de tensão. As variações de tensão devem ser mantidas nos
limites estabelecidos pelas normas técnicas, a �m de garantir o funcionamento adequado
dos equipamentos e sistemas elétricos.
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Variação de frequência: a variação de frequência é um indicador que mede as �utuações na
frequência fornecida em relação ao valor nominal. A frequência da rede elétrica deve ser
mantida em limites estreitos, geralmente em torno de 60 Hz no Brasil, para garantir o
funcionamento adequado dos equipamentos e sistemas elétricos. Segundo Gedra, Barros &
Borelli (2014), as variações de frequência são causadas por desequilíbrios entre a geração
e o consumo de energia elétrica ou por perturbações no sistema elétrico de potência.
Flicker (cintilação): o �icker é um indicador que mede a percepção visual de variações
rápidas e repetitivas na tensão fornecida, que causam oscilações na luminosidade das
lâmpadas e afetam a qualidade da iluminação. O �icker é expresso como um índice de
curto prazo (PST) e um de longo prazo (PLT), calculados com base na magnitude e na
frequência das variações de tensão.
A avaliação e o monitoramento dos indicadores de qualidade do produto são fundamentais para a
compatibilidade entre os equipamentos e o sistema elétrico de potência, bem como para
identi�car e corrigir problemas que afetem a qualidade da energia elétrica fornecida. Os órgãos
reguladores e as empresas de transmissão e distribuição de energia elétrica devem adotar
medidas e investimentos para melhorar a qualidade do produto e atenderem aos requisitos
técnicos e às expectativas dos consumidores.
A aplicação dos indicadores de qualidade, tanto do serviço quanto do produto, é essencial para
monitorar e melhorar o desempenho dos sistemas elétricos de potência. A avaliação periódica
desses indicadores identi�ca problemas e implementa soluções que visem à con�abilidade e
e�ciência do fornecimento de energia elétrica.
É importante lembrar que os indicadores de qualidade do serviço são empregados para avaliar o
desempenho das concessionárias de energia elétrica, visando também estabelecer metas de
melhoria. Por exemplo, a Aneel estabelece limites máximos para os indicadores DEC e FEC, e as
concessionárias que não cumprem esses limites podem ser penalizadas com multas ou mesmo a
perda da concessão. Já os indicadores de qualidade do produto são aplicados para garantir que a
energia fornecida esteja nos limites estabelecidos pelas normas técnicas e seja compatível com
os equipamentos e sistemas elétricos. A análise desses indicadores é realizada por meio de
medições e monitoramento, em tempo real, ou por meio de estudos e simulações em softwares
especializados.
23/10/2023, 11:48 E-book
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Agora, ilustraremos um exemplo prático. Suponha que uma empresa de distribuição de energia
elétrica esteja recebendo reclamações de um grupo de consumidores sobre a qualidade da energia
fornecida. A empresa decide investigar o problema e realizar medições para avaliar os indicadores
de qualidade do produto na região afetada.
Durante a investigação, a empresa veri�ca que o THD da tensão ultrapassou o limite estabelecido
pela norma IEC 61000, o que pode estar causando problemas nos equipamentos elétricos dos
consumidores. Ainda, a análise do DEC e do FEC mostra que houve um aumento na frequência e
na duração das interrupções no fornecimento de energia nos últimos meses.
Com base nesses resultados, a empresa identi�ca a necessidade de investir na modernização da
rede elétrica e na instalação de �ltros harmônicos para reduzir a distorção harmônica e melhorar a
qualidade da energia fornecida. Não obstante, a empresa decide implementar medidas de
manutenção preventiva e aperfeiçoar o monitoramento do sistema elétrico de potência para
reduzir a frequência e a duração das interrupções.
A aplicação dos indicadores de qualidade, nesse caso, permitiu identi�car os problemas existentes
e estabelecer ações corretivas e preventivas para melhoria da qualidade do serviço e do produto,
garantindo a satisfação dos consumidores e o funcionamento adequado dos equipamentos e
sistemas elétricos.
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Com base nos indicadores de qualidade do serviço, um determinado indicador se notabiliza por
medir a duração média das interrupções no fornecimento de energia elétrica para cada unidade
23/10/2023, 11:48 E-book
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consumidora individualmente, em um período de 12 meses, expresso em horas.
Qual é o indicador em questão? Assinale a alternativa correta.
a) DEC.
b) FEC.
c) TMAE.
d) DIC.
e) DMIC.
A curva de carga é uma representação grá�ca da demanda de energia elétrica de um sistema, de
uma região ou unidade consumidora ao longo do tempo. Ferramenta essencial para o
planejamento, a operação e a análise dos sistemas elétricos de potência, identi�ca os padrões de
consumo e as variações da demanda ao longo do dia, da semana, do mês e do ano.
Tipos de cargas
23/10/2023, 11:48 E-book
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Fonte: kotkoa / Freepik.
Agora, aprofundaremos um pouco mais no conhecimento sobre estas cargas! Acompanhe!
A carga base se mantém constante ao longo do tempo, independentemente das variações
sazonais ou diárias, e corresponde ao consumo mínimo necessário para atender às necessidades
básicas dos consumidores, como iluminação, refrigeração e equipamentos eletrônicos em modo
de espera. A carga base é geralmente suprida por usinas de geração de energia de grande porte e
alta e�ciência, como usinas hidrelétricas e termelétricas a gás natural.
Por sua vez, a carga intermediária varia ao longo do dia, em função das atividades humanas e das
condições climáticas, e constitui o consumo adicional de energia elétrica durante os períodos de
maior atividade, como o horário comercial e o horário de pico no �nal da tarde e início da noite. A
carga intermediária é geralmente suprida por usinas de geração de energia de médio porte e
�exibilidade, como usinas termelétricas a óleo e usinas a gás natural.
Já a carga de ponta ocorre durante os períodos de maior consumo de energia elétrica: o horário de
pico e os dias de maior demanda no verão e no inverno. Corresponde ao consumo máximo de
energia elétrica e requer uma capacidade adicional de geração para atender às necessidades dos
consumidores. A carga de ponta é geralmente suprida por usinas de geração de energia de
Curva de carga
Segundo Oliveira et al. (1996), a curva de carga é geralmente composta de três componentes principais: as cargas-base,
intermediária e de ponta. Esses componentes re�etem os diferentes níveis de demanda e os fatores que in�uenciamo
consumo de energia elétrica.
23/10/2023, 11:48 E-book
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pequeno porte e rápida resposta, como usinas termelétricas a diesel e de geração distribuída,
como sistemas fotovoltaicos e eólicos.
Segundo Mohan (2016), a análise da curva de carga e dos fatores típicos que in�uenciam o
consumo de energia elétrica é fundamental para dimensionar adequadamente os sistemas
elétricos de potência, garantir a con�abilidade e a e�ciência do fornecimento de energia e
desenvolver estratégias de gestão de energia e de demanda.
As cargas elétricas são classi�cadas em diferentes categorias, dependendo das características e
do impacto que causam no sistema elétrico de potência. Estudante, acompanhe a seguir algumas
das classi�cações mais comuns:
Cargas resistivas: as cargas resistivas apresentam uma resistência elétrica constante e
consomem energia elétrica linearmente em relação à tensão e à corrente. Exemplos de
cargas resistivas incluem lâmpadas incandescentes, aquecedores elétricos e fornos
elétricos. Essas cargas não causam distorções harmônicas ou variações signi�cativas na
tensão e na corrente do sistema elétrico.
Cargas indutivas: as cargas indutivas apresentam uma componente de indutância, como
motores elétricos, transformadores e reatores e consomem energia elétrica e reativa,
causando variações na tensão e na corrente e afetando a qualidade da energia elétrica. As
cargas indutivas também geram distorções harmônicas e exigem a instalação de
dispositivos de compensação, como capacitores, para manter a estabilidade do sistema
elétrico.
Cargas capacitivas: apresentam uma componente de capacitância, como condensadores e
equipamentos eletrônicos, que utilizam capacitores para armazenar energia elétrica. Essas
cargas fornecem energia reativa ao sistema elétrico e compensam r as cargas indutivas,
melhorando a qualidade da energia elétrica e a e�ciência do sistema. No entanto, em
excesso, as cargas capacitivas causam oscilações na tensão e na corrente e exigem a
instalação de dispositivos de compensação, como os reatores.
Cargas não lineares: as cargas não lineares apresentam um comportamento não linear em
relação à tensão e à corrente, como equipamentos eletrônicos, lâmpadas �uorescentes e
conversores de frequência. Essas cargas podem gerar distorções harmônicas e afetar a
qualidade da energia elétrica, exigindo a instalação de �ltros harmônicos e dispositivos de
proteção para garantir a estabilidade do sistema elétrico.
Cargas sensíveis: as cargas sensíveis requerem uma energia elétrica de alta qualidade e
são afetadas por variações na tensão, na corrente e na frequência, como equipamentos de
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informática, sistemas de comunicação e dispositivos médicos. Essas cargas exigem uma
atenção especial no projeto e na operação dos sistemas elétricos de potência, incluindo a
instalação de dispositivos de proteção e sistemas de alimentação ininterrupta (UPS) para
garantir a continuidade do fornecimento de energia e a qualidade do produto.
É preciso também apreciar o comportamento das cargas na SDBT, SDMT e SDAT. O
comportamento das cargas elétricas nos diferentes níveis de tensão do sistema elétrico de
potência pode variar conforme as características das cargas e das redes elétricas. Analisemos,
pois, o comportamento das cargas em cada um desses níveis.
Na Subdistribuição em Baixa Tensão (SDBT), há uma signi�cativa diversidade de cargas, inclusive
residenciais, comerciais e pequenas indústrias. As cargas típicas são: iluminação, aparelhos
eletrônicos, eletrodomésticos e pequenos motores elétricos. A curva de carga em baixa tensão
apresenta variações diárias e sazonais signi�cativas, com picos de consumo durante os horários
de maior atividade e nos períodos mais quentes e frios do ano. As cargas na SDBT tendem a ser
mais sensíveis à qualidade da energia elétrica e serem afetadas por distúrbios, como quedas de
tensão e interrupções no fornecimento.
Na Subdistribuição em Média Tensão (SDMT), estão cargas de maior porte, como indústrias,
edifícios comerciais, hospitais, e sistemas de infraestrutura, como iluminação pública e
bombeamento de água. As cargas típicas compreendem motores elétricos, sistemas de
climatização, equipamentos industriais e dispositivos eletrônicos de maior potência. A curva de
carga em média tensão tem variações diárias e sazonais, mas tende a ser mais estável do que a
curva de carga em baixa tensão, pela diversidade e pelo equilíbrio entre as diferentes cargas. As
cargas na SDMT são geralmente menos sensíveis à qualidade da energia elétrica, mas podem
exigir a instalação de dispositivos de compensação e proteção para assegurar a estabilidade do
sistema elétrico.
Já na Subtransmissão em Alta Tensão (SDAT) estão as cargas de grande porte, como as de
grandes indústrias, usinas de geração distribuída, e cargas especiais, como sistemas ferroviários e
portuários. As cargas típicas constituem motores elétricos de alta potência, transformadores,
reatores e sistemas de controle e automação. A curva de carga em subtransmissão apresenta
variações diárias e sazonais menores do que a curva de carga em média e baixa tensão, devido à
maior estabilidade e à capacidade de gerenciamento das cargas. As cargas na SDAT são
geralmente menos sensíveis à qualidade da energia elétrica e podem exigir a instalação de
dispositivos de compensação e proteção para a estabilidade do sistema elétrico e a e�ciência no
uso da energia.
Efetivamente, a compreensão do comportamento das cargas nos diferentes níveis de tensão é
fundamental para o planejamento, a operação e análise dos sistemas elétricos de potência, a �m
de dimensionar adequadamente as redes elétricas.
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praticar
Vamos Praticar
Nesta atividade, analisaremos uma curva de carga hipotética, identi�caremos suas características
de componentes e observaremos as variações de demanda ao longo do tempo.
Imagine-se como engenheiro de uma concessionária de energia elétrica. A sua tarefa do dia é
analisar a demanda de energia de uma cidade ao longo de 24 horas para otimizar a distribuição
de energia e garantir que todos os lares e empresas tenham energia su�ciente, sem desperdícios
ou interrupções.
Para isso, você tem à disposição uma curva de carga hipotética, um grá�co que mostra a
demanda de energia ao longo de um dia. Nesta atividade, você se familiarizará com os
componentes dessa curva, observará como a demanda de energia varia ao longo do dia e
identi�cará as diferentes “camadas” de consumo de energia.
Con�ra a �gura a seguir:
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Fonte: Elaborada pelo autor.
#PraCegoVer: o grá�co apresenta a variação de carga ao longo das horas do dia, com um
valor mínimo em 4h e máximo às 20h. Na parte superior do grá�co, temos o título “Curva de
Carga (MW)”; no eixo y, partindo do ponto zero, em direção para cima, temos as marcações
20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200. No eixo x, partindo do ponto zero, em direção à
direita, temos as marcações 0h, 4h, 8h, 12h, 16h, 20h, 24h. Do eixo y, entre os pontos 60 e 80,
sai uma linha direcionada à direita, que cai oscilando entre os pontos 60 e 100, até chegar ao
ponto 24h, marcado no eixo y.
Identi�que as cargas base, intermediária e de ponta na curva fornecida.
Controle de tensão na
rede básica
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A regulação de tensão é umprocesso fundamental no controle e na operação de sistemas
elétricos de potência. O objetivo da regulação de tensão é manter a tensão nas barras dos
sistemas elétricos em limites aceitáveis, garantindo a qualidade da energia elétrica fornecida aos
consumidores e a estabilidade do sistema. A tensão no sistema elétrico pode ser afetada por
diversos fatores, como variações na carga, na geração e nas condições do sistema de transmissão
e distribuição.
Regular a tensão é necessário para os equipamentos elétricos operarem adequadamente e impedir
danos ou desgaste prematuro devido a tensões inadequadas. Não obstante, manter a tensão nos
limites aceitáveis permite o uso de energia mais e�ciente e minimiza as perdas elétricas na
transmissão e distribuição.
Para controlar a tensão no sistema elétrico, são empregadas diferentes técnicas e dispositivos,
dependendo do nível de tensão e das características do sistema. No caso da rede básica, o
controle de tensão é essencial para manter a con�abilidade e a e�ciência do sistema de
transmissão de energia elétrica em larga escala.
As estratégias de controle de tensão na rede básica são essenciais para a estabilidade e a
con�abilidade do sistema elétrico de potência. Segundo Oliveira et al. (1996) e Mohan (2016),
várias são as estratégias passíveis de serem utilizadas.
Uma delas, o controle local de tensão, é realizado por dispositivos e equipamentos que atuam
diretamente na tensão de suas respectivas barras ou pontos de conexão. Exemplo comum são os
transformadores com comutação em carga on load tap changer (OLTC) nas subestações, que
ajustam a relação de transformação para regular a tensão no lado secundário do transformador.
Também, há o expediente do controle de reativos. O controle do �uxo de potência reativa no
sistema elétrico é uma estratégia importante para regular a tensão. Equipamentos como
capacitores, reatores e compensadores síncronos são utilizados para fornecer ou absorver
potência reativa, conforme as necessidades do sistema. A potência reativa gerada ou absorvida
por esses dispositivos é ajustada para manter a tensão nos limites desejados.
O controle coordenado de tensão envolve a atuação coordenada de diversos dispositivos e
equipamentos ao longo do sistema elétrico para regular a tensão de maneira e�ciente e con�ável.
Essa estratégia requer o uso de sistemas de automação e controle que monitorem e atuem nos
diferentes pontos do sistema elétrico, como geradores, transformadores e dispositivos de
compensação reativa.
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Fonte: creativeart / Freepik.
Estudante, muito em voga ultimamente são as redes inteligentes (smart grids). Tais redes
inteligentes são, mais precisamente, sistemas elétricos que empregam tecnologias avançadas de
comunicação e automação para monitorar, controlar e otimizar a operação do sistema elétrico de
potência. As redes inteligentes na rede básica melhoram o controle de tensão, uma atuação mais
rápida e e�ciente dos dispositivos de controle e maior integração de fontes de geração distribuída
e recursos de armazenamento de energia.
Turbinas de uma usina eólica
SAIBA MAIS
Tarefas diferenciadas e melhor controle operacional são algumas
das vantagens associadas à tecnologia smart grid, o que ajuda
sobremaneira na otimização do gerenciamento de energia
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A aplicação dessas estratégias de controle de tensão na rede básica, por vezes, combinadas entre
si, propicia a qualidade da energia elétrica e a estabilidade do sistema, minimizando as perdas
elétricas e aumentando a e�ciência na transmissão e distribuição de energia elétrica.
Estudante, você precisa compreender os métodos de controle de tensão utilizados na rede básica.
Tais métodos visam à estabilidade do sistema elétrico de potência e qualidade da energia
fornecida aos consumidores. Alguns dos principais expedientes são:
Regulação de transformadores: transformadores com comutação em carga (OLTC), que
ajustam a relação de transformação em operação, sem a necessidade de interromper o
fornecimento de energia. Essa regulação é essencial para manter a tensão nos limites
aceitáveis em diferentes pontos do sistema.
Bancos de capacitores e reatores: a instalação de bancos de capacitores e reatores em
subestações ou ao longo das linhas de transmissão controla a potência reativa no sistema
e regula a tensão. Capacitores fornecem potência reativa capacitiva, enquanto reatores
absorvem potência reativa indutiva.
Compensadores estáticos de reativos (SVC): dispositivos eletrônicos capazes de gerar ou
absorver potência reativa de forma contínua e rápida, usados para melhorar a estabilidade
da tensão, especialmente em situações de variações rápidas de carga ou geração.
Compensadores síncronos: máquinas síncronas que operam sem carga mecânica,
fornecendo ou absorvendo potência reativa conforme necessário. Ajudam a regular a
tensão e a melhorar a estabilidade do sistema elétrico.
Controle de geração: geradores síncronos, como usinas hidrelétricas, termelétricas e
nucleares, contribuem para o controle de tensão, ajustando a geração de potência ativa e
reativa. Além disso, inversores de geração distribuída, como energia solar fotovoltaica e
eólica, também auxiliam no controle de tensão por meio do ajuste de potência reativa.
Sistemas de armazenamento de energia: baterias e sistemas de armazenamento por
bombeamento fornecem ou absorvem potência ativa e reativa conforme necessário,
contribuindo para a regulação de tensão e a estabilidade do sistema elétrico.
elétrica, conforme explicado no vídeo “Smart Grid”, do canal
Jornalismo TV Cultura no YouTube.
Para saber mais, acesse a seguir:
A S S I S T I R
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Conforme Mohan (2016), o controle de tensão adequado na rede básica tem diversos efeitos
bené�cos no sistema elétrico de potência. Dentre os principais efeitos, está a estabilidade do
sistema elétrico. O controle de tensão e�ciente na rede básica ajuda a manter a estabilidade do
sistema elétrico de potência, evitando oscilações indesejáveis e possíveis colapsos de tensão. A
estabilidade é crucial para a continuidade do fornecimento de energia elétrica e a con�abilidade do
sistema.
Ainda, a regulação de tensão contribui para melhorar a qualidade da energia elétrica fornecida aos
consumidores, garantindo que a tensão se mantenha nos limites aceitáveis. Isso permite que os
equipamentos elétricos funcionem adequadamente e de forma e�ciente, evitando danos ou
desgaste prematuro.
No mais, um controle de tensão e�ciente minimiza as perdas elétricas na transmissão e
distribuição de energia, resultando em uma mais e�ciência energética e redução dos custos
associados. Também, o controle de tensão na rede básica facilita a integração de fontes de
geração distribuída, como as energias solar fotovoltaica e eólica, e recursos de armazenamento de
energia, como baterias. Essa integração contribui para a resiliência do sistema elétrico e promove
o uso de fontes de energia renováveis e sustentáveis.
Ainda, o controle de tensão e�ciente na rede básica permite ao sistema elétrico se adaptar a
diferentes condições de operação, como variações na carga e na geração, e a eventuais
contingências, proporcionando maior �exibilidade e capacidade de resposta do sistema elétrico de
potência. Em última análise, ocorre a otimização da capacidade: a�nal, pelo controle de tensão, é
possível otimizar o uso da capacidade instalada em um sistema elétrico e que a energia seja
transmitida e distribuída de maneira e�ciente, sem sobrecarregar os componentes desse sistema.
Em suma, o controle de tensão na rede básica temum impacto signi�cativo no desempenho e na
e�ciência do sistema elétrico de potência, garantindo a qualidade da energia elétrica fornecida aos
consumidores e a estabilidade e resiliência do sistema. A aplicação de estratégias e métodos de
controle de tensão adequados é essencial para enfrentar os desa�os do setor elétrico e promover
a transição para um futuro energético mais sustentável e resiliente.
A aplicação dos métodos de controle de tensão, em casos práticos, ajuda a �xar o conhecimento
aqui desenvolvido. Por isso, a seguir, apresentamos dois exemplos hipotéticos de aplicação
desses métodos de controle de tensão no âmbito da rede básica.
O primeiro desses exemplos é o da regulação de transformadores em subestações. Suponha uma
subestação que alimenta uma área industrial, onde ocorre um aumento signi�cativo de carga
durante o horário de pico. O aumento da carga causa uma queda de tensão na saída da
subestação. Para evitar essa queda de tensão, é usado um transformador com comutação em
carga (OLTC) para ajustar a relação de transformação em tempo real, conforme a demanda.
Nesse caso, o operador do sistema monitora a tensão no ponto de conexão e ajusta a relação de
transformação do OLTC para manter a tensão nos limites aceitáveis. Esse ajuste permite
efetivamente que a tensão seja mantida no nível adequado, para a qualidade da energia elétrica e o
funcionamento correto dos equipamentos industriais.
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O segundo exemplo é o da instalação de bancos de capacitores em linhas de transmissão.
Considere uma longa linha de transmissão, que conecta uma usina hidrelétrica a uma subestação
distante. Devido à distância e às características da linha, há uma queda de tensão ao longo do
trajeto e uma absorção de potência reativa indutiva. Para compensar essa queda de tensão e a
potência reativa indutiva, decide-se instalar bancos de capacitores ao longo da linha de
transmissão.
A�nal, segundo Gedra, Barros e Borelli (2014), os bancos de capacitores fornecem potência reativa
capacitiva, que eleva a tensão e compensa a potência reativa indutiva absorvida pela linha. Com
isso, o resultado é a melhor regulação de tensão e redução das perdas elétricas na linha de
transmissão, promovendo e�ciência no transporte de energia elétrica e a qualidade da energia
fornecida.
Esses exemplos, direcionados a situações práticas (aliás, bastante corriqueiras), ilustram a
importância dos métodos de controle de tensão na rede básica para a qualidade e estabilidade do
sistema elétrico de potência. A aplicação de estratégias e tecnologias adequadas de controle de
tensão é fundamental para enfrentar os desa�os do setor elétrico e manter a e�ciência e
sustentabilidade do fornecimento de energia elétrica.
praticar
Vamos Praticar
Nesta atividade, você analisará dois cenários práticos envolvendo o controle de tensão na rede
básica e propor soluções adequadas por meio dos métodos apresentados no conteúdo. O
objetivo é aplicar os conhecimentos adquiridos sobre controle de tensão e seus efeitos na
qualidade e estabilidade do sistema elétrico de potência.
1. No primeiro cenário, uma subestação alimenta uma área industrial com aumento de
carga durante o horário de pico. Proponha uma solução adequada para manter a
tensão nos limites aceitáveis, justi�cando sua escolha com base nos métodos de
controle de tensão apresentados.
2. No segundo cenário, uma longa linha de transmissão conecta uma usina hidrelétrica a
uma subestação distante, provocando queda de tensão ao longo do trajeto e absorção
de potência reativa indutiva. Proponha uma solução adequada para a regulação de
tensão e redução das perdas elétricas, justi�cando sua escolha com base nos métodos
de controle de tensão apresentados.
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Material
Complementar
W E B
A energia e o mundo
Ano: 2020
Comentário: E�ciência energética, no âmbito da sustentabilidade, é um
conceito que compreende a geração consciente e o consumo consciente, e
muito pouco disso se tem discutido no âmbito de transmissão e
distribuição de energia elétrica. A esse respeito, a Engenheira Vanessa
Menezes faz importantes considerações, na apresentação realizada no
TEDx Talks.
Para saber mais, acesse o link:
ACESSAR
https://www.youtube.com/watch?v=nkmHsb5G6yk
23/10/2023, 11:48 E-book
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L I V R O
Distúrbios da energia elétrica
Autor: Edson Martinho
Editora: Érica
Capítulo: 1
Ano: 2013
ISBN: 978-85-365-1839-8
Comentário: O livro apresenta uma ampla gama de perspectiva para uma
mais aprofundada interpretação acerca da qualidade de energia elétrica,
discorrendo, por exemplo, sobre a qualidade da energia por segmento e os
diferentes tipos de distúrbio, que in�uenciam a qualidade da energia. Além
de prescrever cuidados de toda ordem com a qualidade de energia elétrica,
a obra cobre ainda algumas das mais efetivas soluções para melhoria do
desempenho da transmissão e distribuição de energia elétrica.
Disponível em: Minha Biblioteca.
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Conclusão
Nesta unidade, exploramos a transmissão e distribuição de energia elétrica. Discutimos a relevância do
Sistema Elétrico de Potência e a evolução do modelo elétrico brasileiro. Analisamos conceitos de PU e
mudanças de base em sistemas elétricos, além de indicadores de qualidade. Apresentamos o conceito
de curva de carga e o controle de tensão na rede básica, estratégias e impactos. Esperamos que você
compreenda os fundamentos da transmissão e distribuição de energia, a importância da qualidade da
energia e do controle de tensão, conhecimentos vitais para enfrentar os desa�os do setor elétrico e
construir um futuro energético mais robusto e sustentável.
Referências
A ENERGIA e o Mundo | Vanessa Menezes |
TEDxUFES. [S. l.: s. n.], 2020. 1 vídeo (9 min).
Publicado pelo canal TEDx Talks. Disponível em:
https://www.youtube.com/watch?
v=nkmHsb5G6yk. Acesso em: 22 maio 2023.
GEDRA, R.; BARROS, B.; BORELLI, R. Geração, transmissão, distribuição e consumo de energia elétrica.
São Paulo: Érica, 2014. ISBN 9788536518084. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/books/9788536532493. Acesso em: 06 maio 2023.
MARTINHO, E. Distúrbios da energia elétrica. São Paulo: Érica, 2013. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788536518398/. Acesso em: 22 maio 2023.
MOHAN, B. Sistemas elétricos de potência: curso introdutório. Rio de Janeiro, LTC, 2016. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/books/9788521632801. Acesso em: 06 maio 2023.
OLIVEIRA, C. et al. Introdução a sistemas elétricos de potência: componentes simétricas. 2. ed. São
Paulo: Edgard Blucher, 1996. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/books/9788521217824. Acesso em: 06 maio 2023.
SMART Grid. [S. l.: s. n.], 2011. 1 vídeo (2 min). Publicado pelo canal Jornalismo TV Cultura. Disponível
em: https://www.youtube.com/watch?v=aE2cMaCMIgk. Acesso em: 22 maio 2023.
https://www.youtube.com/watch?v=nkmHsb5G6yk
https://www.youtube.com/watch?v=nkmHsb5G6yk
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/books/9788536532493
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788536518398/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/books/9788521632801https://integrada.minhabiblioteca.com.br/books/9788521632801https://integrada.minhabiblioteca.com.br/books/9788521217824
https://www.youtube.com/watch?v=aE2cMaCMIgk
23/10/2023, 11:48 E-book
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