1 Sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica

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1. Sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica 
Sistema Elétrico de Potência – SEP 
Geração + Transmissão + Distribuição 
Estrutura básica de um sistema elétrico: 
 
 
 
 
 
 Geração: 
A geração de energia elétrica é a transformação de qualquer tipo de energia em elétrica. 
Energias 
Mecânica 
Térmica 
Química 
Atômica 
Elétrica 
 
Fontes Primárias 
(Convencionais) Fontes Alternativas 
 Hídrica 
 Petróleo 
 Carvão 
 Uranio 
 Gás natural 
 Solar 
 Eólica 
 Biomassa 
 Eletroquímica (célula de combustível) 
 Geotérmica 
 Marés 
- Sistemas de geração: 
Máquina primária + Geradores + Transformadores + Sistema de controle, proteção e comando 
 
- Máquina Primária: 
Faz a transformação de energias em energia cinética de rotação para ser aproveitada pelo gerador. 
Principais maquinas primarias: Motores diesel 
Turbinas hidráulicas 
Turbinas a vapor 
Turbinas a gás 
Turbinas eólicas 
Centrais elétricas 
Termoelétrica: 
Termonuclear: 
Onde ocorre o processo de combustão. 
Onde ocorre o processo de fissão nuclear. 
 
› Tipos de máquinas primárias: 
 Hidráulica: 
A fonte de energia é a energia potencial de um volume de agua em função da diferença de altitude 
entre montante e jusante. 
 
Tipos de Turbinas: 
 Turbina de reação ou propulsão: são turbinas em que o trabalho mecânico é obtido pela transformação das 
energias cinéticas e de pressão da água em escoamento através do rotor. 
Turbinas tipo Francis e tipo Kaplan. 
 Turbina de ação ou impulso: aquela em que o trabalho mecânico é obtido pela energia cinética da água em es-
coamento através do rotor. 
Turbina tipo Pelton. 
 
 
 
 
 
 
 
Transmissão 
 
Geração Sub Transmissão Sub Transmissão Distribuição MT Distribuição BT 
Unidade 
Consumidora 
230 kV 
200 MW 
138 kV 
40 MW 
69 kV 
10 MW 
13,8 kV 
1 MW 
0,69 kV 
0,5 MW 
380V 
0,2 MW 
 Diesel: 
Transforma energia térmica em energia mecânica através do mesmo princípio de funcionamento 
dos motores a combustão (explosão). 
Seu objetivo é a obtenção de trabalho através da liberação da energia química do combustível. 
Classificação dos motores a pistão de combustão: 
 Quanto as propriedades do gás na fase de compressão: Otto e a diesel 
Motores Otto: a mistura do combustível e comburente é preparada fora do motor pelo carburador 
e injetada no cilindro. 
Motores a diesel: o ar é admitido no cilindro, comprimido e o combustível é injetado na massa de 
ar comprimido através de um circuito independente ocasionando assim a inflama-
ção espontânea. 
O ciclo de funcionamento de um motor a Diesel é a de 4 tempos onde a com-
bustão ocorre com pequena variação de pressão a volume constante sendo sua 
maior parte desenvolvida a pressão constante. 
A regularização de velocidade, em motores a Diesel, é feita a partir da injeção de 
combustível no motor. 
Ciclo de trabalho no motor diesel a 4 tempos: 
1º tempo: 0-1 admissão 
2º tempo: 1-2 compressão 
3º tempo: 2-3-4 injeção, combustão e explosão 
4º tempo: 4-0 escape 
 
 Quanto ao ciclo de trabalho: de 2 e 4 tempos 
 Quanto ao movimento do pistão: a pistão rotativo ou alternativo 
Quanto à disposição dos cilindros: a pistão com cilindros em linha V, L, H, W, em estrela e com cilindros opostos. 
 
 Termoelétrica: 
Carvão, gás ou óleo são queimados produz vapor gira a turbina gira o gerador produz eletricidade 
 
Instalação a vapor = Bomba + Caldeira + Turbina + Condensador + Contrapressão 
 
 
 
 
 
A combustão ocorre na caldeira, dentro da câmara de combustão onde são injetados o combustível 
e comburente (ar). 
A liberação de energia térmica devido ao processo de combustão aquece a água na caldeira até 
evaporar. Uma vez na tubulação, um “superaquecedor” eleva a temperatura do vapor aumentando assim a pressão 
para entrar na turbina. Ao passar pela turbina o vapor perde pressão e vai para o condensador onde volta ao estado 
líquido e é bombeado de volta para a caldeira. 
A turbina é a máquina que transforma a energia da pressão do vapor em energia cinética de rotação, 
e através de um eixo de acoplamento, transmite essa energia para o gerador. 
 
 Termonuclear: 
A seção atômica produz 
calor para evaporar a 
água 
Que gira a turbina Que gira o gerador Que produz energia 
elétrica 
 Reatores nucleares: 
o Emprega grafite como moderador e um gás no circuito de refrigeração. 
o Emprega ²H2O (D2O), água pesada, como moderador e água comum, H2O, pressuri-
zada como refrigerante. 
Em ambos os tipos de reator, o fluido refrigerante passa através de um trocador de calor que con-
tém água comum com o intuito de se transformar em vapor. Este vapor é usado para mover uma turbina que por sua 
vez gera eletricidade. 
 
 Turbina a gás: 
 Em ciclo aberto: 
Em um ciclo simples da turbina, o ar a baixa pressão entra em um compressor (estado 1) onde tem 
sua pressão elevada (estado 2). O combustível é adicionado ao ar comprimido e enviado à câmara de combustão onde 
ocorre o processo de combustão. O produto entra na turbina (estado 3) e se expande para o estado 4. Uma parte do 
trabalho produzido faz com que o compressor funcione e o restante é utilizado nos equipamentos auxiliares e na pro-
dução de energia elétrica. 
Pressão de 
saída menor. 
Pressão de 
saída maior. 
O ciclo de Bryton descreve um ciclo simplificado de uma turbina a gás: 
1-2: Compressão adiabática 
2-3: Aquecimento isobárico (Pressão Constante) 
3-4: Expansão adiabática 
4-1: Esfriamento isobárico 
 
 
 
 
 
 
 Em ciclo fechado: 
A combustão é feita com qualquer produto combustível com a intensão de fornecer energia térmica ao 
sistema. O gás é utilizado apenas como o fluido que transforma a energia térmica em energia cinética para tocar as 
turbinas. 
 
 Turbina eólica: 
Quanto mais pesado o ar, mais energia é recebida pela turbina. 
A energia contida no vento varia com o cubo da velocidade média do vento. 
 
- Geradores: 
Energia 
Cinética 
de Rotação 
Energia 
Elétrica 
 
Transforma energia mecânica em elétrica. 
Para girar, o gerador deve ser acionado por uma máquina motriz, que pode uma das máquinas primarias: 
turbina hidráulica, turbina a vapor, turbina a gás, máquina a vapor, motor diesel, entre outros. 
A máquina pode gerar corrente continua ou corrente alternada. 
Os geradores são dimensionados de acordo com a potência que a máquina primaria pode fornecer, ela 
também define a velocidade de rotação que será transmitida ao gerador e com isso é definido o número de polos do 
gerador. 
 Operação: 
É baseada na aplicação da lei de Faraday da indução eletromagnética: 
𝑒 = 𝐵. 𝑙. 𝑣. 𝑠𝑒𝑛𝜃. 𝑁 
Onde: 
𝑒 → Força eletromotriz (f.e.m) 
𝐵 → Indução do campo magnético 
𝑙 → Comprimento de cada condutor 
𝑣 → Velocidade linear 
𝜃 → Ângulo formado entre 𝐵 e 𝑣 
𝑁 → Nº de espiras 
 
 Ligação no sistema trifásico: 
o Ligação triângulo: ∆ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
𝑉 = 𝑉 𝑃 = 3𝑉 . 𝐼 
𝐼 = √3. 𝐼 𝑃 = √3𝑉 . 𝐼 
 
 
 
I1 I2 I3 
𝐼 𝐼 𝐼 
𝑉 𝑉 𝑉 
𝑍 𝑍 𝑍 
𝑈 𝑉 𝑊 
𝑉 
o Ligação estrela: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
𝐼 = 𝐼 𝑃 = 3𝑉 . 𝐼 
𝑉 = √3. 𝑉 𝑃 = √3𝑉 . 𝐼 
 
 Tipos de excitação: 
o Por escovas (Brushess): 
O campo é alimentado em corrente continua por escovas e anéis coletores, e a tensão alternada é reti-
rada do estator, neste sistema normalmente o campo é alimentado por uma excitatriz chamada excitatriz estática. A 
tensão de saída do gerador é mantida constante para qualquer carga e fator de potência, pois esta verifica constante-
mente a tensão de saída. Quando acionado na rotação nominal o processo de escovamento se inicia pela tensão resi-
dual do gerador. 
Vantagens: 
 - Menor tempo de resposta na recuperação de tensão. 
- Menor queda de tensão na partida de motores de indução.Desvantagens: 
- Manutenção periódica. 
- Interferência em telecomunicações. 
 
o Sem escovas (Sem excitatriz auxiliar): 
Utiliza um enrolamento auxiliar independente alojado nas ranhuras da armadura (bobina auxiliar). Serve 
para fornecer a tensão para o regulador de tensão para o regulador de tensão. A bobina auxiliar fica alojada em algumas 
ranhuras do estator principal da máquina. Sua função é fornecer potência para alimentar o campo da excitatriz princi-
pal, regulada e ratificada pelo regulador de tensão. 
𝑃 =
𝑃 × 𝜂
100
 [𝑘𝑊] 
 
 Características Construtivas: 
 
Fonte: https://maquinaselectricas.weebly.com/maacutequinas-eleacutectricas/motor-sincrono (modificado) 
 
- Componentes principais: 
o Estator da máquina principal: 
É a parte que se mantém fixa a carcaça e tem por função conduzir o fluxo magnético 
para transformar a energia cinética no induzido. 
o Rotor da máquina principal: 
É formado por um eixo que suporta um conjunto de bobinas enroladas sobre um nú-
cleo magnético que pode girar dentro de um campo magnético criado por um imã ou pela passagem por outro conjunto 
de bobinas. 
o Estator da excitatriz principal 
o Rotor da excitatriz principal 
o Diodos retificadores 
o Enrolamento auxiliar (bobina auxiliar) 
I1 I2 
I3 
𝐼 𝐼 𝐼 
𝑉 𝑉 𝑉 
𝑍 𝑍 𝑍 
𝑊 𝑉 𝑈 
𝑉 
𝑉 
120° 
 
 Informações necessárias para correta especificação do gerador: 
- Potencia nominal [kVA] 
- Tipo de refrigeração: Aberto 
 Trocador de calor 
 Ventilação forçada 
 Auto – Ventilação 
- Rotação (nº de polos) 
- Fator de potência 
- Tensão nominal 
- Número de fases: Trifásico 
 Monofásico 
- Frequência de operação [Hz] 
- Tipo de excitação: Sem escova 
 Com escova 
 Com excitatriz estática 
- Grau de proteção 
- Forma construtiva 
- Temperatura ambiente 
- Altitude 
- Tipo de aplicação 
- Característica da carga 
- Faixa de ajuste de tensão 
- Precisão da regulação 
- Acessórios 
- Sobrecargas ocasionais 
- Tensão de alimentação dos aquecedores inter-
nos 
- Tipo de regulação 
- Tipo de acoplamento 
- Maquina acionante 
 
 Característica de desempenho: 
- Potência nominal: 
 É a potência que o gerador pode fornecer, dentro de suas características nominais, em 
regime continuo. 
𝑃 [𝑘𝑊] =
𝑃 [𝑘𝑊] × 100
𝜂
 𝑃 → Potência do motor acionante 
𝜂 → Rendimento (%) 
𝑆[𝑘𝑉𝐴] =
𝑃[𝑘𝑊]
cos 𝜑
 cos 𝜑 → fator de potência [0,8 – 1,0] 
𝑄[𝑘𝑉𝐴 ] = 𝑆 [𝑘𝑉𝐴] − 𝑃 [𝑘𝑊] 
 
 
- Elevação da temperatura: 
O rendimento do gerador é sempre inferior a 100%. 
A diferença entre duas potencias representa as perdas que são transformadas em 
calor, o qual aquece o enrolamento e deve ser dissipado para fora do gerador. 
Vida útil da isolação: refere-se ao envelhecimento gradual do isolante, que vai se 
tornando ressecado, perdendo o poder isolante, até que não suporte mais a tensão aplicada e produza o curto-circuito. 
Ao longo dos anos foi constatado que a isolação tem uma duração praticamente ilimitada, se a sua temperatura for 
mantida abaixo de um certo limite. Essa limitação se refere ao ponto mais quente da isolação e não, necessariamente, 
ao enrolamento todo. 
- Queda de tensão: 
Ao se aplicar uma carga no gerador teremos subitamente uma queda de tensão que 
depende da reatância do gerador, da corrente, do cos 𝜑 da carga e do tipo de regulação. 
Ex.: forma genérica para qualquer valor de do gerador 
 
𝑋 → Reatância transitória em pu (gerador sem escovas) 
 Reatância subtransitória em pu (gerador com escovas) 
 𝐼 → Corrente de partida do motor 
𝐼 → Corrente nominal do gerador 
 
A queda de tensão reduz quando o fator de potência cresce. 
Cargas iniciais em geradores podem ser agrupadas em 3 grupos: 
 - Impedância constante: 
 Corrente do gerador reduz proporcionalmente a sua tensão. 
 Para efeito de cálculo pode ser desprezado. 
 Ex.: lâmpadas, resistores, aquecedores 
- kVA constante: 
Na redução da tensão há um aumento da corrente, ocasionando, 
consequentemente, um aumento da queda de tensão. 
Ex.: Motores de indução. 
∆𝑈% =
.
× 100 
- Corrente Constante: 
 
- Corrente de curto-circuito: 
Ocorre quando há uma conexão de dois pontos com potenciais diferentes e baixa 
resistência. Pode ser calculado: 
𝐼 =
2,55 × 𝐼
𝑋" [%]
× 100 [𝐴] 
 
 
A corrente de curto-circuito permanente fica acima de 2 vezes a corrente nominal do 
gerador, cujo ajuste é feito na fábrica. O tempo de permanência não pode ultrapassar 5 segundos. 
 
 Tipos de Geradores: 
- Gerador de corrente continua: 
 Possui 3 componentes principais: 
Enrolamento do estator: é alimentado com tensão cc (tensão de excitação) 
para produzir um campo magnético fixo. 
Armadura (Rotor): Parte girante, montada sobre o eixo da máquina, é o cir-
cuito responsável por transportar a energia proveniente da fonte de energia. 
Comutador: constituído de um anel de material condutor, é um retificador 
dentro do gerador, ele exerce a mesma atividade que os diodos retificadores, mas de forma 
mecânica, que é permitir a circulação de corrente em apenas um sentido. O comutador esta-
belece contato entre as bobinas e o meio externo pelas escovas. 
 
 
 
 
Existe diferença entre o gerador que funciona a vazio e com carga. Ao aplicar uma carga 
ao gerador temos corrente circulando e, consequentemente, queda de tensão gerada. 
Para suprir essa queda a máquina que fornece potência mecânica ao gerador deve aumen-
tar o torque aplicado e/ou deve aumentar a tensão de excitação. 
 
 
 
 Excitação de campo shunt: 
A fonte CC produz excitação no Shunt. 
A força motora é aplicada ao eixo da armadura que, enquanto gira, tem suas bo-
binas frequentemente cortando o campo, induzindo uma tensão que pode ser me-
dida com um voltímetro conectado às escovas. 
 
 
 Fonte externa de excitação 
 
 
 Gerador CC Série: 
› Precisa de carga para funcionar; 
 Sem carga conectada não há tensão gerada. 
 O gerador campo serie tem o aumento da tensão gerada ligada a carga. Quanto 
menor a impedância de carga, maior o campo série e maior a tensão gerada. Com o 
circuito aberto ficamos reduzidos a indução causada pelo magnetismo residual. 
 
 
 
 
Impedância 
constante + kVA 
constante 
Não há queda de tensão = 
Material de carbono (grafite), que enquanto 
a máquina permanece em rotação, estão em 
constante atrito com o comutador 
Aumentar a rotação mecânica aplicada à má-
quina, aumentando a frequência dos pulsos 
e a tensão média. 
Aumentar o campo magnético fixo. 
Armadura Shunt 
Fonte – https://professor.ufop.br 
Fonte – NASCIMENTO JUNIOR, G.C. Máquinas Elétricas, 1a Edição, Editora Érica, 2014, São Paulo, SP 
Geradores auto excitados: 
 Não necessita de fonte externa para gerar o campo no estator. 
O gerador Shunt auto excitado tem uma regulação de tensão deficiente por ser 
totalmente dependente do fluxo no campo Shunt, que é realimentado pela pró-
pria tensão gerada na armadura. Se houver um aumento na corrente de carga, a 
tensão na armadura e na carga decrescem por dois motivos, primeiro a própria 
reação entre campos da armadura e o campo fixo, segundo pelas perdas internas 
no cobre que aumentam com o aumento da corrente. 
 
 
 - Gerador de corrente alternada: 
 Componentes: 
Rotor + Estator + Anel Coletor 
Por normalmente trabalharem com velocidades constantes para manter a frequência constante, os ge-
radores CA controlam a tensão de saída por meio da variação de intensidade do campo. 
O enrolamento da armadura, que é o elemento onde a tensão elétrica vai ser induzida, pode estar posi-
cionado tanto no rotor quanto no estator, sendo a configuração mais comum à de armadura estacionária e campo 
rotativo.› Frequência da tensão gerada: 
.
 
 
 
 
Geradores CA de baixa velocidade  polos salientes 
Geradores CA de alta velocidade  polos lisos 
 
› Causa de queda de tensão: 
 - Resistencia da armadura (𝑅 ) 
 - Reatância da armadura (𝑋 ) 
 - Reação da armadura (𝑋 ) 
 
 
› Em vazio: a tensão de armadura depende do fluxo magnético gerado pelos polos de excitação, ou ainda 
da corrente que circula pelo enrolamento de campo (rotor). 
› Em carga: a corrente que atravessa os condutores da armadura cria um campo magnético causando 
alterações na intensidade e distribuição do campo magnético principal. 
 
 
 
𝜙 = 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙 𝑒𝑚 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜 
𝜙 = 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 
𝜙 = 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 
 
1 – Atraso de 90° em relação aos polos principais (esta-
tor). 
2 – Devido à queda de tensão nos enrolamentos da ar-
madura será necessário aumentar a corrente de excita-
ção para manter a tensão nominal. 
3 – Efeito desmagnetizante  a reação de armadura 
diminui o campo magnético efetivo. Devido ao efeito 
desmagnetizante será necessário um grande aumento 
da corrente de excitação para se manter a tensão nomi-
nal. 
4 – E x I adiantado em 90° 
 Efeito magnetizante  Devido ao efeito magneti-
zante será necessário reduzir a corrente de excitação 
para manter a tensão nominal. 
Frequência gerara (𝐻 ) 
Velocidade do rotor (rpm) 
Número de polos 
Dependendo do fator de potência da carga 
pode produzir um aumento na tensão gerada. 
Puramente Resistivo 
- Geradores trifásicos: 
Defasagem: 120° 
Estrela 
A1-B1-C1 
A2-B2-C2 
A3-B3-C3 
Delta 
A2-B1, B2-C1, C2-A1 
 
- Circuito equivalente de um gerador CA: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Transformadores: 
Compatibilizam o nível da tensão de saída com a tensão de entrada do sistema ao qual o grupo gerador 
será ligado. 
Equipamento que transfere energia de um circuito elétrico a outro. 
O fenômeno da transformação é baseado no efeito da indução mútua. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte - https://manutencaodecabine.com.br/transformador-de-forca/ 
 
 Potências: 
o Aparente [𝑘𝑉𝐴] 
𝑆 = 3 𝑉 𝐼 = √3 𝑉 𝐼 
 
o Ativa [kW] 
𝑃 = 3 𝑉 𝐼 cos 𝜑 = √3 𝑉 𝐼 cos 𝜑 
 
o Reativa [kVAr] 
𝑄 = 3 𝑉 𝐼 sen 𝜑 = √3 𝑉 𝐼 sen 𝜑 
 
o Absorvida da rede primária [kVA] 
𝑆 =
 
 
 Fator de potência do primário 
cos 𝜑 = cos 𝜑 100 − 𝑒 − 𝑒 𝑒 = 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜 − 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 
 𝑒 = componente da tensão de curto circuito 
 Fator de potência secundário 
cos 𝜑 
 
𝑈
𝑈
=
𝑁
𝑁
= 𝑎 𝐼 𝑁 = 𝐼 𝑁 
Nominal 
Rendimento 
 Potencia nominal trifásica [𝑘𝑉𝐴] 
𝑆 =
. 
 
 Manutenção: 
- Inspeção periódica 
 
- Revisão completa (volta a fábrica ou pátio da empresa) 
- Ensaios realizados antes da energização 
* O fluxo magnético 𝜙, no transformador, sempre acompanha o sentido imposto pela tensão aplicada ao primário. 
 Circuito Equivalente: 
 
𝑅 → Resistência do enrolamento primário 
𝑋 → Reatância induzida do enrolamento primário 
𝑅 → Resistencia de magnetização (perda no ferro) 
𝑋 → Reatância induzida de magnetização 
𝑅 → Resistencia do enrolamento secundário 
𝑋 → Reatância induzida do enrolamento secundário 
 
- Perdas no ferro: Ensaio à vazio 
 
𝑍 =
𝑉
𝐼
 
 
 
 
 
cos 𝜑 =
𝑃
𝑉 𝐼
 
 
 
 
𝑍 ⃗ = 𝑅 ⃗ + 𝑋 ⃗ 
 
𝑅 =
² 𝑋 =
² 
 
 𝑄 = 𝑆 𝑠𝑖𝑛 𝜑 
 
 
 𝑆 =
𝑃
cos 𝜑
 
 
- Perdas no cobre: Ensaio curto-circuito 
𝑅 =
²
 𝑍 = 𝑋 = 𝑍 ² − 𝑅 ² cos 𝜑 = 
 
 
 
 
𝑍% =
𝑉
𝑉
× 100 → 𝐼 =
100
𝑍%
× 𝐼 
 
 
 
Tensão de alimentação a vazio 
Corrente em vazio 
Impedância de circuito magnético 
Potência ativa em vazio 
Fator de potência 
do transformador 
Tensão nominal do primário 
Tensão de curto circuito para atingir 𝐼 no primário 
Corrente nominal atingida no 
ensaio de curto-circuito 
 Autotransformador: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Controle, comando e proteção: 
Efetua os ajustes necessários para integração entre os sistemas e o bom funcionamento dos equipamen-
tos. 
O controle de tensão é feito pela excitatriz do gerador (pode variar apenas 10% da tensão nominal). 
 
 
Comando  Manobra 
 
 
 
 
 
 Proteção: ação automática provocada por dispositivos sensíveis a determinadas condições anormais 
que ocorrem em um circuito, no sentido de evitar danos às pessoas e/ou evitar danos ao 
sistema ou equipamento elétrico. 
 Relés: 
Usos: Seccionar a região onde se encontra o defeito. 
 Proteção do sistema. 
Tipos: Térmicos contra sobrecarga 
 Temporizados a máxima corrente, contra curto-circuito 
A máxima tensão, contra as elevações devido às manobras normais do sistema 
Sensíveis a corrente de sequência negativa, contra funcionamento sob carga assimétrica ou dese-
quilibrada 
De potência inversa, para impedir o funcionamento do gerador como motor. 
 
 Contatores: São equipamentos de manobra para circuitos de baixa tensão com a função de uma chave eletro-
magnética que possui uma única posição de repouso e é capaz de estabelecer, conduzir e interrom-
per correntes em condições normais de operação, inclusive sobrecargas no funcionamento. 
 
 
 Transmissão: 
 
 
 
 
 Tipos comumente usados: 
 Linha aérea em corrente alternada ou em corrente continua com condutores separados por dielétrico. 
 Linha subterrânea com cabo coaxial com um fio central condutor isolado de um condutor externo coaxial de 
retorno. 
 Trilha metálica em uma placa de circuito impresso, separada por uma camada de dielétrico de uma folha metálica 
de aterramento denominada micro trilha. 
 
 Rede de transmissão  liga grandes usinas às áreas de grande consumo (220𝑘𝑉 − 765𝑘𝑉) 
 Rede de subtransmissão  transporta energia a pequenas cidades ou importantes consumidores industriais 
(35𝑘𝑉 − 160𝑘𝑉). Arranjo comumente em anel. 
 
 
 
Efeito, mudança na configuração elétrica de um circuito. Realizada ma-
nual ou automaticamente por um dispositivo adequado destinado a 
essa finalidade. 
Causa, é a ação destinada a garantir o desligamento, a ligação ou a variação da ali-
mentação da energia elétrica de toda ou parte de uma instalação, em condições de 
funcionamento normal. 
Geradora Distribuidora 
Transmissão 
 Características físicas das linhas aéreas de transmissão: 
 Cabos condutores: 
Cobre e Alumínio 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Isoladores e ferragens: 
 Porcelana vitrificada e vidro temperado 
 
 
 
 
 Estrutura: 
 Tipos: 
 Disposição Triangular 
 
Fonte: https://repositorio.poli.ufrj.br 
 
 Disposição horizontal (Lençol horizontal) 
 
Fonte: https://repositorio.poli.ufrj.br 
 
 Disposição vertical (Lençol vertical) 
 
 Circuitos duplos 
 
Fonte: https://repositorio.poli.ufrj.br 
 Interferência por efeito corona reduzido 
 Baixo peso especifico 
 Maior condutividade 
 Menor volume especifico 
Devem resistir a forças horizontais e axiais e a solicitações elétricas como surtos e sobre tensões. 
Cabo para-raios 
Ferragem 
Isolador 
Cabo condutor 
 Linha de transmissão ideal: 
 
𝑣 = [𝐾𝑚/𝑠] 𝑍 = = = 𝐿𝑣 
 
 
 
 
𝐼 =
𝑈
𝑍
 𝑣 =
1
√𝐿𝐶
→ 𝑍 = 𝐿𝑣 → 𝑍 =
𝐿
𝐶
 
 
 Linha de transmissão real: 
 
 
Função de propagação da onda: 
𝛾 = (𝑟 + 𝑗𝜔𝐿)(𝑔 + 𝑗𝜔𝐶) 
𝛾 = (𝑟 + 𝑗 𝑋 )(𝑔 + 𝑗𝑏) 
𝛾 = 𝛼 + 𝑗𝛽 
 
 
 
 
 
𝑍 =
𝑟 + 𝑗𝜔𝐿
𝑔 + 𝑗𝜔𝐶
 
𝑍 = 𝑍 → O fator de potência é constante e o defasamento entre a tensão e a corrente é sempre igual. 
 
 Linhas curtas: 
 
𝐼 = 𝐼 =
𝑈 − 𝑈
𝑍
 
 
 
 Linhas médias: 
 Circuito T 
 
𝑍 = 𝑅 + 𝑋 Y= 𝐺 + 𝑋 
𝑈 = 𝑈 1 + + 𝐼 𝑍 1 + 
𝐼 = 𝐼 1 + + 𝑈 𝑌 
 
Tempo que a tensão no 
receptor atinge o valor 
V. 
Impedância da entrada 
da linha. 
Função base [radianos/Km] 
Função de atenuação [neper/km]  diretamente 
relacionado a perdas 
 Circuito  
𝑈 = 𝑈 1 + + 𝐼 𝑍 
𝐼 = 𝐼 1 + + 𝑈 𝑌 1 +
𝑍𝑌
4 Distribuição: 
 
 
 
 
› Alta tensão: 130kV; 69kV 
› Média tensão: 34,5kV; 13,8kV 
› Baixa tensão: Trifásico: 220V / 127V 
 380V / 220V 
 Monofásico: 254V / 127V 
 440V / 220V 
 
 Diagrama Unifilar de um Sistema de Distribuição 
 
 Sistema de subtransmissão: 
 Tensões de 69 a 138kV. 
 Topologias: 
 Radial: 
 
 
 
 
Sistema de 
Distribuição 
Entrada de energia 
dos consumidores 
Distribuição 
 Radial com recurso: 
 
 
 Anel (loop): 
 
 
 Reticulado (grid ou network): 
 
Fonte: http://ediciplinas.usp.br 
 
 Subestação de energia elétrica: 
Conjunto de instalações elétricas em média ou alta tensão que agrupa os equipamentos, condutores e acessórios 
destinados à proteção, medição, manobra e transformação de grandezas elétricas. 
 Classificação: 
De manobra  permite manobrar partes do sistema, inserindo ou retirando-as de serviço, em um 
mesmo nível de tensão. 
De transformação  Elevadora: localizada na saída das usinas geradoras. 
 Abaixadoras: localizada na periferia das cidades. 
De distribuição  diminuem a tensão para o nível de distribuição primária (13,8kV - 34,5kV) 
De regulação de tensão 
Conservadoras 
De alta tensão  tensão nominal abaixo de 230kV 
De extra alta tensão  tensão nominal acima de 230kV. 
 
 
 Equipamentos: 
› Barramento: são condutores reforçados, geralmente sólidos e de impedância desprezível, que servem como 
centros comuns a coletas e redistribuição de corrente. 
 Arranjos: 
 Barramento simples: 
 Características: 
- Mais simples, mais econômico, e menos seguro; 
- A subestação possui uma só barra de AT e/ou BT; 
− Utilizado em SE de pequena potência; 
- Todos os circuitos conectam-se a uma única barra com um disjuntor para cada circuito; 
− Recomendável apenas para o caso de se admitir cortes de fornecimento. 
 
 Vantagens: 
- Instalações simples; 
− Manobras simples, normalmente ligar e desligar circuitos alimentadores; 
− Custo reduzido. 
 
 Desvantagens: 
- Baixa confiabilidade; 
− Falha ou manutenção no barramento resulta no desligamento da subestação; 
− Falha ou manutenção nos dispositivos do sistema requerem a desenergização das linhas conectadas. 
− A ampliação do barramento não pode ser realizada sem a completa desenergização da subestação; 
 
 Duplo barramento simples: 
 Características: 
- Indicado para instalações consumidoras que requerem alta confiabilidade para cargas 
essenciais; 
− Aceitam desligamentos rotineiros para cargas não essenciais; 
− Encontradas nas subestações consumidoras do tipo hospital, hotel e muitos tipos de 
indústria. 
 
 Vantagens: 
− Flexibilidade de conexão de circuitos para a outra barra; 
− Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção; 
− Fácil recomposição. 
 
 Desvantagem: 
− Custo mais elevado; 
− Falha no disjuntor de linha ou no barramento a ele ligado implica em perda das cargas 
não prioritárias devido à presença de disjuntor de Inter travamento. 
 
 Barramento simples seccionado: 
 Características: 
- Presença de um disjuntor de barra; 
− Flexibilidade para manobras no ato da manutenção; 
− Este arranjo é indicado para funcionar com duas ou mais fontes de energia. 
 
 Vantagens: 
− Maior continuidade no fornecimento; 
− Maior facilidade de execução dos serviços de manutenção; 
− Em caso de falha na barra, somente são desligados os consumidores ligados à 
seção afetada. 
 
 Desvantagens: 
− A manutenção de um disjuntor deixa fora de serviço a linha correspondente; 
− Esquema de proteção é mais complexo. 
 
 Barramento principal e de transferência: 
 
 Vantagens: 
− Qualquer disjuntor pode ser retirado de serviço para manutenção. 
 
 Desvantagens: 
− Requer um disjuntor extra para conexão com a outra barra. 
− Falha no barramento principal resulta no desligamento da subestação. 
− As manobras são relativamente complicadas quando se deseja colocar um disjuntor em manuten-
ção. 
 
 
 
 
 
 
 Barramento duplo com um disjuntor 
 Vantagens: 
− Permite alguma flexibilidade com ambas as barras em operação. 
− Qualquer uma das barras poderá ser isolada para manutenção. 
− Facilidade de transferência dos circuitos de uma barra para a outra com o uso de um 
único disjuntor de transferência e manobras com chaves. 
 
 Desvantagens: 
− Requer um disjuntor extra de transferência para conexão com a outra barra; 
− São necessárias quatro chaves por circuito; 
− Falha no disjuntor de transferência pode colocar a subestação fora de serviço. 
 
 
 Barramento duplo com um disjuntor duplo 
 Características: 
− Aplica-se em instalações de grande potência; 
− Continuidade de fornecimento; 
− Utilizado em subestações de EHV (extra alta tensão). 
 
 Vantagens: 
− Arranjo mais completo; 
− Muito mais flexível; 
− Maior confiabilidade; 
− Qualquer uma das barras pode ser retirada de serviço a qualquer tempo para manutenção sem 
retirada de circuitos de serviço. 
 
 Desvantagem: 
− Alto custo. 
 
 
 
 
 Barramento duplo com um disjuntor e meio 
 
 Características: 
− Equivalente ao barramento duplo anterior, mas com uma importante simplificação; 
− Utilização de um disjuntor e meio para cada entrada e saída, ao contrário de dois disjuntores por circuito no arranjo 
anterior; 
− Mais econômico e tem praticamente a mesma confiabilidade; 
− É mais utilizado no Brasil nos sistemas de 500 kV e 765 kV. 
 
 Vantagens 
− Maior flexibilidade de manobra; 
− Rápida recomposição; 
− Falha em um dos barramentos não retira os circuitos de serviço. 
 
 Desvantagens: 
− Demasiado número de operações envolvidas no ato de chaveamento e religamento dos equipamentos evolvidos. 
 
 Barramento em anel 
 Vantagens: 
− Flexibilidade na manutenção dos disjuntores, podendo qualquer disjuntor ser removido para manutenção sem 
interrupção da carga; 
− Necessita apenas um disjuntor por circuito; 
− Não utiliza conceito de barra principal; 
− Grande confiabilidade. 
 
 Desvantagens: 
− Se uma falta ocorre durante a manutenção de um disjuntor o anel pode ser separado em duas seções; 
− Religamento automático e circuitos de proteção são relativamente complexos. 
 
 
 
 
Arranjo Confiabilidade Custo Área disponível 
Barra simples 
Menor confiabilidade 
Falhas simples podem ocasionar 
o desligamento completo da Su-
bestação (SE) 
Menor custo 
Menor número de com-
ponentes 
Menor área 
Menor número de com-
ponentes 
Barra Principal de 
transferência 
Baixa confiabilidade 
Semelhante à barra simples, po-
rém, uma melhor flexibilidade na 
operação e manutenção. 
Custo Moderado 
Poucos componentes 
Pequena área 
Poucos componentes. 
Barra dupla, 
disjuntor simples Confiabilidade moderada 
Custo moderado 
Número de componentes 
um pouco maior 
Área moderada 
Número de componentes 
um pouco maior 
Barra dupla, 
disjuntor duplo 
Alta confiabilidade 
Falhas simples isolam apenas um 
circuito 
Custo elevado 
Número de componentes 
duplicado 
Grande área 
Dobro do número de com-
ponentes 
Barra dupla, 
disjuntor e meio 
Custo moderado 
Número de componentes 
um pouco maior 
Grande área 
Maior número de compo-
nentes por circuito. 
Barra em anel Custo moderado 
Número de componentes 
um pouco maior 
Área moderada 
Aumenta com o número 
de circuitos 
 
› Disjuntor: Dispositivo de manobra e proteção que permite a abertura ou fechamento de circuitos de potência 
em quaisquer condições de operação, normal e anormal, manual ou automática. Os equipamen-
tos de manobra são dimensionados para suportar correntes de carga e de curto-circuito nomi-
nais. 
 Tipos: 
 Disjuntor a sopro magnético 
 Disjuntor a óleo 
 Disjuntor a vácuo 
 Disjuntor a ar comprimido 
 Disjuntor a 𝑆𝐹 (Hexafluoreto de enxofre) 
 
› Religador: Como o nome sugere um religador automaticamente religa após a abertura, restaurando a conti-
nuidade do circuito mediante faltas de natureza temporária ou interrompendoo circuito mediante 
falta permanente. 
 É um dispositivo interruptor autocontrolado com capacidade para: 
 Detectar condições de sobre corrente; 
 Interromper o circuito se a sobre corrente persiste por um tempo anteriormente especificado, 
segundo a curva t x I; 
 Automaticamente religar para energizar novamente a linha; 
 Bloquear depois de completada a sequência de operação para o qual foi programado. 
 
› Fusíveis: A função principal dos fusíveis é operar mediante faltas permanentes e isolar (seccionar) a seção 
faltosa da porção sem defeito. 
 
› Chaves seccionadoras: dispositivos projetados para operar em conjunto com religadores, ou com disjuntor 
comandado por relés de sobre corrente dotados da função de religamento. 
O seccionador automático não interrompe a corrente de defeitos. 
o Chaves elétricas: são dispositivos de manobra, destinados a estabelecer ou interromper a 
corrente em um circuito elétrico. São dotadas de contatos móveis e con-
tatos fixos e podem ou não ser comandadas com carga. 
o Chaves de aterramento: São chaves de segurança que garantem que uma linha seja aterrada 
durante operação de manutenção na linha. As chaves de aterramento 
são operadas (abrir e fechar) somente quando a linha está desener-
gizada e é utilizada para que se evitem energizações indesejadas do 
bay. 
 
› Para-raios: Para-raios e supressores de surtos de tensão são ambos dispositivos para proteção de equipamen-
tos contra sobre tensões transitórias. Os supressores de surtos são em geral dispositivos usados 
na carga. Um para-raios em geral tem maior capacidade de energia. Os para-raios são também 
localizados nos transformadores de distribuição. 
 
 
 Sistema de Proteção: 
Tem a função de detectar falta e isolar a área afetada no menor tempo possível, de forma confiável e com mínima 
interrupção possível. 
 Objetivos: Segurança pessoal, manter a integridade dos equipamentos, isolara parte afetada do restante do sis-
tema, assegurar a continuidade de fornecimento. 
 Requisitos: seletividade, rapidez ou velocidade, sensibilidade, confiabilidade, custo. 
 Relés: São projetados para sentir perturbações no sistema elétrico e automaticamente executar ações de con-
trole sobre dispositivos de disjunção a fim de proteger pessoas e equipamentos. É responsável pela lógica 
de atuação do sistema de proteção. 
 Disjuntores: interrompem a passagem de corrente e isolam o ramo defeituoso do resto do sistema elétrico. 
 Transformadores de instrumentação [TC e TP]: realizam a redução dos níveis de tensão e/ou corrente, reprodu-
zem as formas de ondas presentes no sistema elétrico e isolam os equipamentos a estes co-
nectados, sem que haja perda de informação. 
O sistema de proteção deve ser capaz de isolar qualquer que seja a falta, mesmo que a proteção principal asso-
ciada não opere. 
 
 Bays: 
Bays = vãos. 
Permite a composição da subestação em módulos. 
As SE distribuidoras possuem os seguintes bays: 
o Entrada de linha – EL 
o Saída de linha – SL 
o Barramento de alta e baixa tensão - 𝐵 e 𝐵 
o Vão de transformação – TR 
o Banco de capacitor ou vão de regulação – BC 
o Saída de alimentador – AL 
 
 Rede de distribuição: 
 Rede radial (Rede antena): 
Única fonte de alimentação. 
Usado para distribuição em média tensão em áreas ru-
rais. 
Possibilita um suprimento de baixo custo para unidade 
consumidora de baixa densidade de carga com grande dis-
persão geográfica. 
Normalmente usada em distribuição aérea. 
 
 
 Rede em anel: 
Várias fontes de alimentação. 
Há pelo menos dois possíveis caminhos elétricos para su-
prir qualquer unidade consumidora. 
Configurações é em geral empregada em sistemas de dis-
tribuição subterrânea e em áreas urbanas densamente popu-
losas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Sistema Primário Seletivo: 
O sistema primário seletivo consiste essencialmente 
de dois circuitos primários radiais, partindo de uma 
mesma SE, alimentam transformadores através de chave 
de transferência manual ou automática. 
Esta alimentação pode ser direta ou através de suba-
néis. 
 
 
 
 
 
 
 Sistema Reticulado: 
O sistema reticulado consiste de dois ou mais circuitos pri-
mários radiais, partindo de uma mesma SE, alimentam um 
certo número de transformadores de distribuição, ligados al-
ternadamente para evitar a interrupção de dois transformado-
res adjacentes no caso de desligamento de um dos primários. 
 
 
 
 
 
 
 Sistema “Spot-Network”: 
Um “spot-network” nada mais é do que um pequeno reticu-
lado em que as unidades transformadoras alimentam um ou mais 
barramentos de um prédio ou um conjunto de prédios. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Sistema Digital de automação: 
 SCADA = Supervisory Control And Data Acquisition 
 Objetivo: proporcionar uma interface de alto nível do operador com o processo. 
 Funções: supervisão, operação e controle. 
 
 
 
 Arquitetura: Estação de supervisão 
Equipamento de controle com I/O: 
- UTR – Unidade Terminal Remota 
- CLP – Controlador Lógico Programável 
- Reles 
- IED – Dispositivo Eletrônico Inteligente 
Infraestrutura de comunicação 
 
 
 
 
 
 
Controle DDC  através de cartões I/O. 
Controle supervisório  uso de unidade terminal remota (UTR) 
 SDA = Sistemas Digitais para Automação 
 Níveis funcionais: 
o Nível 0: corresponde ao processo [vãos (bays), disjuntores e seccionadores]. 
o Nível 1: constituído das unidades de controle de posição (UCP) – relés, Inter travamentos e automatis-
mos locais. 
o Nível 2: composto da unidade de controle de subestação (UCS), sistema SCADA e comunicação com o 
nível 1 (UCP). 
o Nível 3: SCADA do Centro de Operação (CO) do sistema (COS). 
Podem acumular a função de servidor de comunicação. 
IEC 61850  padronização da comunicação entre equipamentos no sistema.