Geração e Distribuição de Energia

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GTD – Geração, 
Transmissão e 
Distribuição de Energia 
Elétrica 
 
SEP 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APRESENTAÇÃO 
 
 
Esta apostila sobre aspectos da geração, transmissão e distribuição de 
energia elétrica é o resultado de uma coletânea de notas de aula em 
atendimento à disciplina de Geração, Transmissão e Distribuição de 
Energia Elétrica – GTD, do curso de graduação em Engenharia Elétrica 
da Universidade Federal do Ceará. 
 
A preparação deste compêndio tem por objetivo contribuir na formação de 
estudantes de Engenharia Elétrica abordando assuntos relacionados aos 
sistemas de potência. A apostila agrega conhecimento dos diversos 
segmentos dos sistemas elétricos de potência desde a geração até 
utilização da energia elétrica. 
 
Os assuntos abordados foram pesquisados em diversos livros e revistas 
técnicas, não tendo a pretensão de esgotar todo o conhecimento dos 
assuntos aqui tratados. 
 
Aos alunos, a iniciativa pretende contribuir de forma efetiva no processo 
ensino-aprendizagem não prescindindo da leitura de outras fontes 
literárias especializadas. 
 
 
 
 
Capítulo 1 
 
Introdução aos Sistemas Elétricos de Potência 
 
 
 
 
1.1 Introdução 
1.2 Objetivos da disciplina 
1.3 História dos Sistemas Elétricos de Potência 
1.4 Estrutura Organizacional do Setor Elétrico Brasileiro 
1.5 Estrutura de um Sistema Elétrico de Potência 
1.5.1 Geração de Energia Elétrica 
1.5.2 Rede de Transmissão 
1.5.3 Rede de Sub-transmissão 
1.5.4 Rede de Distribuição 
1.6 Características do Sistema Elétrico Brasileiro 
1.6.1 Geração de Energia Elétrica no Brasil 
1.6.2 Sistema Interligado Nacional 
1.6.3 Transmissão de Energia Elétrica no Brasil 
1.6.4 Sistemas de Distribuição no Brasil 
1.7 Representação Esquemática de Sistemas de Potência 
1.7.1 Características dos Sistemas Elétricos de 
Potência 
1.7.2 Representação do Sistema Elétrico 1.8 
Tendências para o Mercado de Energia Elétrica 
1-4 
 
 
 
 
1.1 Introdução 
 
Na história da sociedade, a energia elétrica, desde a sua descoberta, 
sempre ocupou lugar de destaque, tendo em vista a dependência da 
qualidade de vida e do progresso econômico da qualidade do produto e 
dos serviços relacionados à energia elétrica, que por sua vez dependem 
de como as empresas de eletricidade projetam, operam e mantêm os 
sistemas elétricos de potência. 
 
 
Figura 1.1 Importância da eletricidade para a sociedade. 
 
A energia elétrica proporciona à sociedade trabalho, produtividade e 
desenvolvimento, e aos seus cidadãos conforto, comodidade, bem-estar 
e praticidade, o que torna a sociedade moderna cada vez mais 
dependente de seu fornecimento e mais suscetível às falhas do sistema 
elétrico. Em contrapartida esta dependência dos usuários vem se 
traduzindo em exigências por melhor qualidade de serviço e do produto. 
 
A energia elétrica é uma das mais nobres formas de energia secundária. 
A sua facilidade de geração, transporte, distribuição e utilização, com as 
conseqüentes transformações em outras formas de energia, atribuem à 
eletricidade uma característica de universalização, disseminando o seu 
uso pela humanidade. No mundo de hoje, eletricidade, como alimento e 
moradia, é um direito humano básico. Eletricidade é a dominante forma de 
Energia 
Elétrica 
Qualidade de 
Serviço e do 
Produto 
Qualidade de 
Vida 
Desenvolvimento 
Econômico 
1-5 
 
 
 
energia moderna para telecomunicações, tecnologia da informação, e 
produção de bens e serviços. 
 
Os crescimentos da população mundial e da economia nos países em 
desenvolvimento implicam, necessariamente, no aumento do consumo de 
energia, porém a produção de energia deve seguir os conceitos de 
desenvolvimento sustentável e de responsabilidade ambiental. O gráfico 
da Figura 1.2 apresenta o crescimento da geração mundial de eletricidade 
por combustível, sendo estimado para os próximos 20 anos um 
crescimento superior a 50% na produção mundial de eletricidade. A 
eletricidade é a forma de energia de uso final que mais cresce no período 
analisado (2006-2030). 
 
Fonte: International Energy Outlook 2009 
 
Figura 1.2 Geração mundial de energia elétrica. 
 
Segundo resultados preliminares do Balanço Energético Nacional – BEN1 
2009, ano base 2008, o consumo final energético por fonte está mostrado 
na Figura 1.3 onde se observa que a eletricidade representa 17,4% do 
consumo final ficando atrás apenas do óleo diesel – 17,7%, sendo, 
portanto a segunda forma de energia mais consumida no país. 
 
 
1 O BEN apresenta a contabilidade relativa à oferta e ao consumo de todas as formas energia no Brasil, contemplando as atividades de 
extração de recursos energéticos primários, sua conversão em formas secundárias, a importação e a exportação, a distribuição e o uso 
final da energia. 
35,0 
31,8 
30,0 28,9 
26,0 
25,0 23,2 
20,0 
20,6 
18,0 
15,0 
 
Renewables 
Coal Natural 
Gas Nuclear 
Liquids 
5,0 
 
2006 2010 2015 2020 2025 2030 
1-6 
 
 
 
 
 
 
¹ Inclui apenas gasolina A (automotiva) 
2 Outras Fontes Inclui lixívia, óleo combustível, gás de refinaria, coque de carvão mineral e carvão vegetal, dentre 
outros 
Fonte: Balanço Energético Nacional – BEN 2009 – Resultados Preliminares. 
Figura 1.3 Consumo final energético por fonte no Brasil em 2009. 
 
No Brasil, dentre as fontes primárias e secundárias de energia a fonte 
hidráulica é a que mais contribui para produção de energia elétrica (73,1%) 
estando os locais produtores em regiões quase sempre distantes dos 
centros consumidores (Figura1.4). Com isso são necessárias grandes 
extensões de linhas de transmissão e instalações para repartir e distribuir 
a energia nos centros de consumo. 
1-7 
 
 
 
 
 
 
(*) Inclui lenha, bagaço de cana, lixívia e outras recuperações. 
 
 
Fonte: Balanço Energético Nacional 2009 – Resultados Preliminares. 
Figura 1.4 Estrutura da oferta de energia elétrica no Brasil em 2008. 
 
 
A eletricidade apresenta uma combinação de atributos que a torna distinta 
de outros produtos, como: 
– dificuldade de armazenamento em termos econômicos; 
– variações em tempo real na demanda, e na produção em caso de fontes 
renováveis; 
– falhas randômicas em tempo real na geração, transmissão e 
distribuição; e 
– necessidade de atender as restrições físicas para operação confiável e 
segura da rede elétrica. 
 
As condições de não armazenamento e de não violação das restrições 
operativas impõem à eletricidade sua produção no momento exato em que 
é requerida ou consumida fazendo com que o dimensionamento do 
sistema elétrico seja determinado pelo nível máximo de energia 
demandada, resultando em ociosidade dessas instalações durante o 
período de menor demanda. 
1-8 
 
 
 
O atendimento dos aspectos de simultaneidade de produção e consumo, 
exigindo instalações dimensionadas para a ponta de carga, e a longa 
distância entre os locais de geração e os centros consumidores pode ser 
traduzido pela necessária existência de um sistema de transmissão e de 
distribuição longos e complexos, apoiados por uma estrutura de 
instalações e equipamentos que, além de representar importantes 
investimentos, exigem ações permanentes de planejamento, operação e 
manutenção, e estão como qualquer produto tecnológico sujeito à falhas. 
 
Os sistemas elétricos são tipicamente divididos em segmentos como: 
geração, transmissão, distribuição, utilização e comercialização. A oferta 
da energia elétrica aos seus usuários é realizada através da prestação de 
serviço público concedido para exploração à entidade privada ou 
governamental. As empresas que prestam serviço público de energia 
elétrica o fazem por meio da concessão ou permissão concedidos pelo 
poder público.A disciplina de sistemas de energia elétrica apresenta uma visão 
panorâmica da estrutura organizacional do setor elétrico nacional e de 
cada um dos segmentos dos sistemas de potência. 
 
 
1.2 Objetivos da disciplina 
 
a) Apresentar a estrutura organizacional do setor elétrico brasileiro, seus 
agentes e funções. 
 
b) Apresentar os principais componentes de um sistema elétrico de potência, 
suas funções e princípio de operação dos elementos. 
 
c) Apresentar modelos de representação do sistema elétrico e de seus 
componentes: circuito equivalente, representação unifilar, sistema por 
unidade. 
 
d) Apresentar modelos típicos de: 
– Usinas de Geração: tipos, componentes, operação. 
– Subestações: equipamentos, arranjos. 
1-9 
 
 
 
– Sistemas de Transmissão: parâmetros elétricos, modelos de linha, 
capacidade de transporte. 
– Sistemas de Distribuição: equipamentos de rede, característica da carga, 
medição, tarifa. 
d) Apresentar a automação dos sistemas elétricos de potência: hierarquia 
organizacional dos sistemas elétricos, arquitetura do sistema de 
automação, funções de supervisão e controle. 
 
1.3 História dos Sistemas Elétricos de Potência 
Muito da tecnologia hoje em uso deve-se a grandes pioneiros e 
empreendedores da eletricidade. Seus nomes e feitos são aqui registrados 
como tributo de reconhecimento pela grande constribuição. 
 
James Watt 1736 – 1819 (Escocês) 
– Mecânico, concebeu o princípio da máquina a vapor, que 
possibilitou a revolução industrial. 
– A unidade de potência útil foi dada em sua 
homenagem (watt). 
 
Alessandro Volta 1745 - 1827 (Italiano) − Em 
1800 anunciou a invenção da bateria. 
– A unidade de força eletromotriz foi criada em sua 
homenagem (volt). 
 
 
André Marie Ampère 1775 - 1836 (Francês) 
– Iniciou pesquisa em 1820 sobre campos elétricos e 
magnéticos a partir do anunciado de Oersted (Oe – 
intensidade de campo magnético). 
– Descobriu que as correntes agiam sobre outras 
correntes. 
– Elaborou completa teoria experimental e matemática 
lançando as bases do eletromagnetismo. 
– A unidade de corrente elétrica foi escolhida em sua 
homenagem (ampère). 
1-10 
 
 
 
 
 
Georg Simon Ohm 1789-1854 (Alemão) − 
Em 1827 enunciou a lei de Ohm. 
– Seu trabalho só foi reconhecido pelo mundo científico em 
1927. 
– As unidades de resistência, reatância e impedância elétrica 
foram escolhidas em sua homenagem (ohm). 
 
Michael Faraday 1791-1867 (Inglês) 
– Físico e químico, em 1831 descobriu a indução 
eletromagnética. 
– Constatou que o movimento de um imã através de uma 
bobina de fio de cobre causava fluxo de corrente no 
condutor. 
– Estabeleceu o princípio do motor elétrico. 
– Considerado um dos maiores experimentalistas de todos os 
tempos. 
– A unidade de capacitância é em sua homenagem (F). 
 
Joseph Henry 1797-1878 (Americano) − 
Descobriu a indutância de uma bobina. 
– Em sua homenagem seu nome foi dado à unidade de 
indutância (henry). 
 
 
Gustav Robert Kirchhoff 1824–1887 (Alemão) 
– Em 1847 anunciou as leis de Kirchhoff para correntes e 
tensões. 
 
 
 
 
 
 
 
Thomas Alva Edison 1847-1931 (Americano) − 
Em 1879 inventou a lâmpada elétrica. 
– Patenteou 1100 invenções: cinema, gerador elétrico, 
máquina de escrever, etc. 
– Criou a Edison General Electric Company. 
– Foi sócio da ‘General Electric Company’. 
– Instalou em 1882 a primeira usina de geração de energia 
elétrica do mundo com fins comerciais, na área de Wall Street, 
Distrito Financeiro da cidade de New York. A Central gerava 
em corrente contínua, com seis unidades geradoras com 
potência total de 700 kW, para alimentar 7200 lâmpadas em 
110 V. O primeiro projeto de êxito de central elétrica havia sido 
instalado no mesmo ano em Londres, com capacidade de 
geração para 1000 lâmpadas2. 
 
William Stanley 1858-1968 (Americano) – Em 
1885/6 desenvolveu comercialmente o 
transformador. 
 
 
 
 
Nikola Tesla 1856-1943 (Croata-Americano) 
– Em 1888 inventou dos motores de indução e síncrono. − 
Inventor do sistema polifásico. 
– Responsável pela definição de 60 Hz como freqüência padrão 
nos EUA. 
– A unidade para densidade de fluxo magnético é em sua 
homenagem (T). 
 
George Westinghouse 1846-1914 (Americano) − 
Inventor do disjuntor a ar. 
– Comprou a patente do recém inventado transformador dos 
ingleses Lucien Gaulard e John D. Gibbs. 
 
 
2 War of Currents (http://en.wikipedia.org/wiki/War_of_Currents) 
 
 
 
 
 
 
 
– Comprou a patente do motor elétrico de Tesla. 
– Em 1886 organizou a Westinghouse Electric Company. 
– Venceu a batalha das correntes contra Edison. 
 
 
1.4 Estrutura Organizacional do Setor Elétrico Brasileiro 
O setor elétrico mundial tem passado por amplo processo de 
reestruturação organizacional. No modelo atual os sistemas elétricos são 
tipicamente divididos em segmentos como: geração, transmissão, 
distribuição, e comercialização. 
No Brasil, este processo de re-estruturação foi desencadeado com a 
criação de um novo marco regulatório, a desestatização das empresas do 
setor elétrico, e a abertura do mercado de energia elétrica. 
 
Para gerenciar este novo modelo do setor elétrico, o Governo Federal criou 
a estrutura organizacional apresentada na Figura 1.5 e definida a seguir. 
 
 
 
Fonte: ANEEL 
Figura 1.5 Estrutura organizacional e os agentes do setor elétrico brasileiro. 
 
a) Conselho Nacional de Política Energética – CNPE 
 
 
 
 
 
 
 
Órgão de assessoramento do Presidente da República para formulação de 
políticas nacionais e diretrizes de energia, visando, dentre outros, o 
aproveitamento natural dos recursos energéticos do país, a revisão 
periódica da matriz energética e a definição de diretrizes para programas 
específicos. 
b) Ministério de Minas e Energia – MME 
Encarregado de formulação, do planejamento e da implementação de 
ações do Governo Federal no âmbito da política energética nacional. O 
MME detém o poder concedente. 
c) Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico – CMSE 
Constituído no âmbito do MME e sob sua coordenação direta, com a função 
precípua de acompanhar e avaliar permanentemente a continuidade e a 
segurança do suprimento eletro energético em todo o território. 
d) Empresa de Pesquisa Energética - EPE 
Empresa pública federal vinculada ao MME tem por finalidade prestar 
serviços na área de estudos e pesquisas destinados a subsidiar o 
planejamento do setor energético. 
e) Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL 
Autarquia vinculada ao MME, com finalidade de regular a fiscalização, a 
produção, transmissão, distribuição e comercialização de energia, em 
conformidade com as políticas e diretrizes do Governo Federal. A ANEEL 
detém os poderes regulador e fiscalizador. f) Operador Nacional do 
Sistema Elétrico - ONS 
Pessoa jurídica de direito privado, sem fins lucrativos, sob regulação e 
fiscalização da ANEEL, tem por objetivo executar as atividades de 
coordenação e controle da operação de geração e transmissão, no âmbito 
do SIN (Sistema Interligado Nacional). O ONS é responsável pela 
operação física do sistema e pelo despacho energético centralizado. g) 
Câmara de Comercialização de Energia Elétrica - CCEE 
Pessoa jurídica de direito privado, sem fins lucrativos, sob regulação e 
fiscalização da ANEEL, com finalidade de viabilizar a comercialização de 
 
 
 
 
 
 
 
energia elétrica no Sistema Interligado Nacional - SIN. Administra os 
contratos de compra e venda de energia elétrica, sua contabilização e 
liquidação. A CCEE é responsável pela operação comercial do sistema. 
A comercialização de energia elétrica é atualmente realizada em dois 
ambientes diferentes: 
- Ambiente de Contratação Livre (ACL): destinado ao atendimento de 
consumidores livres 3 por meio de contratos bilaterais firmados com produtores 
independentes de energia, agentes comercializadores ou geradores estatais. 
Estes últimos só podem fazer suas ofertas por meio de leilões públicos. 
- Ambiente de Contratação Regulada (ACR): destinado ao atendimentode 
consumidores cativos por meio das distribuidoras, sendo estas supridas por 
geradores estatais ou independentes que vendem energia em leilões públicos 
anuais. 
h) Agências Estaduais de Energia Elétrica 
Nos estados foram criadas as Agências Reguladoras Estaduais com a 
finalidade de descentralizar as atividades da ANEEL. A Figura 1.6 
apresenta as agências reguladoras estaduais. 
 
 
 
 
 
3 Consumidor livre: consumidor que pode optar pela compra de energia elétrica junto a qualquer fornecedor, que é 
atendido em qualquer tensão e com demanda contratada mínima de 3MW. (Resolução ANEEL No. 264 e 456). 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.6 Agências reguladoras nacionais. 
 
i) Eletrobrás 
A Eletrobrás controla grande parte dos sistemas de geração e transmissão 
de energia elétrica do Brasil por intermédio de seis subsidiárias: Chesf, 
Furnas, Eletrosul, Eletronorte, CGTEE (Companhia de Geração Térmica 
de Energia Elétrica) e Eletronuclear. A empresa possui ainda 50% da Itaipu 
Binancional e também controla o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica 
(Cepel), o maior de seu gênero no Hemisfério Sul. A Eletrobrás dá suporte 
a programas estratégicos do governo federal, como o Programa de 
Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa), o Programa 
Nacional de Universalização do Acesso e Uso da Energia Elétrica (Luz 
para Todos) e o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica 
(Procel). 
j) Agentes Setoriais 
Agentes relacionados ao setor de energia elétrica (Tabela 1.1). 
Tabela 1.1. Associações Setoriais de Energia Elétrica. 
ABRAGE Associação Brasileira das Empresas Geradoras de Energia 
Elétrica. 
Empresas associadas: AES TIETÊ, CDSA, CEMIG, CESP, CEEE, 
DUKE-GP, CHESF, COPEL, ELETRONORTE, EMAE, FURNAS, LIGHT, 
TRACTEBEL ENERGIA 
ABRATE Associação Brasileira de Grandes Empresas de 
Transmissão de Energia Elétrica. 
Empresas associadas: CEMIG, CTEEP, CHESF, COPEL Transmissão 
S.A, ELETRONORTE, Furnas Centrais Elétricas AS, Companhia Estadual de 
Geração e Transmissão de Energia Elétrica - CEEE GT, ELETROSUL Centrais 
Elétricas S.A. 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABRADEE Associação Brasileira de Distribuidores de Energia Elétrica. 
Empresas associadas (48 dentre as 67 concessionárias de 
distribuição): AES SUL DISTRIBUIDORA GAÚCHA DE ENERGIA S.A.; 
AMPLA - COMPANHIA DE ELETRICIDADE DO RIO DE JANEIRO; BANDEIRANTE 
ENERGIA S.A.; BOA VISTA ENERGIA S.A.; COMPANHIA DE ELETRICIDADE DA 
BORBOREMA; EMPRESA ELÉTRICA BRAGANTINA; CAIUA SERVIÇOS DE 
ELETRICIDADE S.A.; COMPANHIA FORÇA E LUZ CATAGUAZES LEOPOLDINA; 
CEAL - COMPANHIA ENERGÉTICA DE ALAGOAS; CEAM - COMPANHIA 
ENERGÉTICA DO AMAZONAS (incorporada pela Manaus Energia S.A. (MASA); CEB 
- COMPANHIA ENERGÉTICA DE BRASÍLIA; CEEE - COMPANHIA ESTADUAL DE 
ENERGIA ELÉTRICA; CELESC - CENTRAIS ELÉTRICAS DE SANTA CATARINA 
S.A.; CELG - COMPANHIA ENERGÉTICA DE GOIÁS; CELPA - CENTRAIS 
ELÉTRICAS DO PARÁ S.A.; CELPE - COMPANHIA ENERGÉTICA DE 
PERNAMBUCO; CELTINS - 
COMPANHIA DE ENERGIA ELÉTRICA DO ESTADO DO TOCANTINS; CEMAR - 
COMPANHIA ENERGÉTICA DO MARANHÃO; CEMAT - CENTRAIS ELÉTRICAS 
MATOGROSSENSES S.A.; CEMIG - COMPANHIA ENERGÉTICA DE MINAS 
GERAIS; CENF - COMPANHIA DE ELETRICIDADE DE NOVA FRIBURGO; CEPISA 
- COMPANHIA ENERGÉTICA DO PIAUÍ; CERON - CENTRAIS ELÉTRICAS DE 
RONDÔNIA S.A; CFLO - COMPANHIA FORÇA E LUZ DO OESTE; CHESP - 
COMPANHIA HIDROELÉTRICA SÃO PATRÍCIO; COELBA - 
COMPANHIA DE ELETRICIDADE DO ESTADO DA BAHIA; COELCE - 
COMPANHIA ENERGÉTICA DO CEARÁ; COPEL - COMPANHIA PARANAENSE DE 
ENERGIA; COSERN - COMPANHIA ENERGÉTICA DO RIO GRANDE DO NORTE; 
CPEE - COMPANHIA PAULISTA DE ENERGIA ELÉTRICA; CPFL - COMPANHIA 
PAULISTA DE FORÇA E LUZ; DEM – P.CALDAS - DEPARTAMENTO MUNICIPAL 
DE ELETRICIDADE DE POÇOS DE CALDAS; ELEKTRO - ELEKTRO 
ELETRICIDADE E SERVIÇOS S.A; ELETROACRE - COMPANHIA DE 
ELETRICIDADE DO ACRE; ELETROCAR - CENTRAIS ELÉTRICAS DE 
CARAZINHO S.A.; ELETROPAULO - ELETROPAULO METROPOLITANA 
ELETRICIDADE DE SÃO PAULO S.A.; ENERGIPE - EMPRESA ENERGÉTICA DE 
SERGIPE S.A.; ENERSUL - EMPRESA ENERGÉTICA DE MATO GROSSO DO SUL 
S.A.; ESCELSA - ESPÍRITO SANTO CENTRAIS ELÉTRICAS S.A.; IGUAÇU 
DISTRIBUIDORA DE ENERGIA ELÉTRICA LTDA.; LIGHT SERVIÇOS DE 
ELETRICIDADE S.A.; MANAUS 
 ENERGIA S.A.; COMPANHIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA; 
HIDROELÉTRICA PANAMBI S. A.; EMPRESA DE ELETRICIDADE VALE 
PARANAPANEMA S.A.; COMPANHIA PIRATININGA DE FORÇA E LUZ; RGE - RIO 
GRANDE ENERGIA S.A.; SAELPA - SOCIEDADE ANÔNIMA DE ELETRIFICAÇÃO 
DA PARAÍBA; EMPRESA LUZ E FORÇA SANTA MARIA S.A.; SULGIPE - 
COMPANHIA SUL SERGIPANA DE ELETRICIDADE. 
ABEER Associação Brasileira das Empresas de Energia Renovável 
ABRACEEL Associação Brasileira dos Agentes Comercializadores de 
Energia Elétrica 
ABRACEE Associação Brasileira de Grandes Consumidores 
Industriais de Energia e de Consumidores Livres 
 
 
 
 
 
 
 
 
APINE Associação Brasileira dos Produtores Independentes de 
Energia Elétrica - Os produtores independentes (PIEs) são 
empresas ou grupo de empresas reunidas em consórcio, 
com autorização ou concessão para produzir energia 
destinada ao comércio de toda ou parte da produção por sua 
conta e risco. Os PIs têm como garantia o livre acesso aos 
sistemas elétricos, além disso, têm autonomia para fechar 
contratos bilaterais de compra e venda de energia elétrica. 
 
 
 
1.5 Estrutura de um Sistema Elétrico de Potência 
O objetivo de um sistema elétrico de potência (SEP) é gerar, transmitir e 
distribuir energia elétrica atendendo a determinados padrões de 
confiabilidade, disponibilidade, qualidade, segurança e custos, com o 
mínimo impacto ambiental e o máximo de segurança pessoal. 
– Confiabilidade e disponibilidade são duas importantes e distintas 
características que os SEPs devem apresentar. Ambos são expressos em %. 
o Confiabilidade representa a probabilidade de componentes, 
partes e sistemas realizarem suas funções requeridas por um 
dado período de tempo sem falhar. Confiabilidade representa 
o tempo que o componente, parte ou sistema levará para 
falhar. A confiabilidade não reflete o tempo necessário para a 
unidade em reparo retornar à condição de trabalho. 
 
o Disponibilidade é definida como a probabilidade que o sistema 
esteja operando adequadamente quando requisitado para 
uso. Em outras palavras, é a probabilidade de um sistema não 
estar com falha ou em reparo quando requisitado para uso. A 
expressão abaixo quantifica a disponibilidade: 
 
MTBF 
A= (1) 
MTBF MTTR+ 
 
 
 
 
 
 
 
 
A – availability (disponibilidade) 
MTBF – tempo médio entre falhas ou MTTF 
MTTR – tempo médio para reparo - inclui desde a 
detecção até a retificação da falha. 
 
A disponibilidade é função da confiabilidade e da 
manutenabilidade – exercício da manutenção. Se um 
sistema tem uma alta disponibilidade não 
necessariamente terá uma alta confiabilidade. 
 
Tabela 1.2 Relação entre confiabilidade, manutenabilidade e 
disponibilidade. 
[Fonte: http://www.weibull.com/hotwire/issue26/relbasics26.htm] 
Confiabilidade Manutenabilidade Disponibilidade 
 Constante Diminuir Diminuir 
 Constante Aumentar Aumentar 
 Aumentar Constante Aumentar 
 Diminuir Constante Diminuir 
 
Como pode ser visto na Tabela 1.2, se a confiabilidade é 
mantida constante, mesmo em um valor alto, isto não 
implica diretamente uma alta disponibilidade. Quando o 
tempo para reparo aumenta, a disponibilidade diminui. 
Mesmo um sistema com uma baixa confiabilidade 
poderia ter uma alta disponibilidade se o tempo para 
reparo é curto. 
 
– Qualidade da energia é a condição de compatibilidade entre sistema 
supridor e carga atendendo critérios de conformidade senoidal. 
 
– Segurança está relacionado com a habilidade do sistema de 
responder a distúrbios que possam ocorrer no sistema. Em geral os sistemas 
elétricos são construídos para continuar operando após ser submetido a 
uma contingência. 
 
 
 
 
 
 
 
A estrutura do sistema elétrico de potência compreende os sistemas de 
geração, transmissão, distribuição e subestações de energiaelétrica, em 
geral cobrindo uma grande área geográfica. 
 
Figura 1.7 Estrutura básica de um sistema elétrico. 
 
O sistema atual de energia elétrica é baseado em grandes usinas de 
geração que transmitem energia através de sistemas de transmissão de 
alta tensão, que é então distribuída para sistemas de distribuição de média 
e baixa tensão. Em geral o fluxo de energia é unidirecional e a energia é 
despachada e controlada por centro(s) de despacho com base em 
requisitos pré-definidos. 
 
Normalmente os sistemas de distribuição são gerenciados por monopólios 
empresariais, enquanto o setor de geração e de transmissão apresenta 
certa competitividade em um sistema desverticalizado. 
 
A Figura 1.8 ilustra os três segmentos tradicionais de redes de energia 
elétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.8 Estrutura tradicional de uma rede de energia elétrica. [Fonte: Aneel]. 
 
1.5.1 Geração de Energia Elétrica 
Na geração de energia elétrica uma tensão alternada é produzida, a qual 
é expressa por uma onda senoidal, com freqüência fixa e amplitude que 
varia conforme a modalidade do atendimento em baixa, média ou alta 
tensão. Essa onda senoidal propaga-se pelo sistema elétrico mantendo a 
freqüência constante e modificando a amplitude à medida que trafegue por 
transformadores. Os consumidores conectam-se ao sistema elétrico e 
recebem o produto e o serviço de energia elétrica. 
 
1.5.2 Rede de Transmissão 
A rede de transmissão liga as grandes usinas de geração às áreas de 
grande consumo. Em geral apenas poucos consumidores com um alto 
consumo de energia elétrica são conectados às redes de transmissão onde 
predomina a estrutura de linhas aéreas. 
 
A segurança é um aspecto fundamental para as redes de transmissão. 
Qualquer falta neste nível pode levar a descontinuidade de suprimento 
para um grande número de consumidores. A energia elétrica é 
permanentemente monitorada e gerenciada por um centro de controle. O 
nível de tensão depende do país, mas normalmente o nível de tensão 
estabelecido está entre 220 kV e 765 kV. 
 
 
 
 
 
 
 
1.5.3 Rede de Sub-Transmissão 
A rede de sub-transmissão recebe energia da rede de transmissão com 
objetivo de transportar energia elétrica a pequenas cidades ou importantes 
consumidores industriais. O nível de tensão está entre 35 kV e 160 kV. 
Em geral, o arranjo das redes de sub-transmissão é em anel para aumentar 
a segurança do sistema. A estrutura dessas redes é em geral em linhas 
aéreas, por vezes cabos subterrâneos próximos a centros urbanos fazem 
parte da rede. A permissão para novas linhas aéreas está cada vez mais 
demorada devido ao grande número de estudos de impacto ambiental e 
oposição social. Como resultado, é cada vez mais difícil e caro para as 
redes de sub-transmissão alcançar áreas de alta densidade populacional. 
Os sistemas de proteção são do mesmo tipo daqueles usados para as 
redes de transmissão e o controle é regional. 
 
1.5.4 Redes de Distribuição 
As redes de distribuição alimentam consumidores industriais de médio e 
pequeno porte, consumidores comerciais e de serviços e consumidores 
residenciais. 
Os níveis de tensão de distribuição são assim classificados segundo o 
Prodist: 
– Alta tensão de distribuição (AT): tensão entre fases cujo valor eficaz é igual 
ou superior a 69kV e inferior a 230kV. 
– Média tensão de distribuição (MT): tensão entre fases cujo valor eficaz é 
superior a 1kV e inferior a 69kV. 
– Baixa tensão de distribuição (BT): tensão entre fases cujo valor eficaz é igual 
ou inferior a 1kV. 
De acordo com a Resolução No456/2000 da ANEEL e o módulo 3 do 
Prodist, a tensão de fornecimento para a unidade consumidora se dará de 
acordo com a potência instalada: 
– Tensão secundária de distribuição inferior a 2,3kV: quando a carga 
instalada na unidade consumidora for igual ou inferior a 75 kW; 
 
 
 
 
 
 
 
– Tensão primária de distribuição inferior a 69 kV: quando a carga instalada na 
unidade consumidora for superior a 75 kW e a demanda contratada ou 
estimada pelo interessado, para o fornecimento, for igual ou inferior a 2.500 
kW; 
– Tensão primária de distribuição igual ou superior a 69 kV: quando a demanda 
contratada ou estimada pelo interessado, para o fornecimento, for superior a 
2.500 kW. 
 
As tensões de conexão padronizadas para AT e MT são: 138 kV (AT), 69 
kV (AT), 34,5 kV (MT) e 13,8 kV (MT). O setor terciário, tais como hospitais, 
edifícios administrativos, pequenas indústrias, etc, são os principais 
usuários da rede MT. 
A rede BT representa o nível final na estrutura de um sistema de potência. 
Um grande número de consumidores, setor residencial, é atendido pelas 
redes em BT. Tais redes são em geral operadas manualmente. 
 
Tabela 1.3 Tensões Nominais Padronizadas de Baixa Tensão – Prodist Módulo 3 
 
A Figura 1.9 mostra um diagrama com a representação dos vários 
segmentos de um sistema de potência com seus respectivos níveis de 
tensão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.9 Faixas de tensão de sistemas elétricos. 
 
Os níveis de tensões praticados no Brasil são: 765 kV, 525 kV, 500 kV, 
440 kV, 345 kV, 300 kV, 230 kV, 161 kV, 138 kV, 132 kV, 115 kV, 88 kV, 
69 kV, 34,5 kV, 23 kV, 13,8 kV, 440 V, 380 V, 220 V, 110 V. 
 
1.6 Características do Sistema Elétrico Brasileiro 
 
1.6.1 Geração de Energia Elétrica no Brasil 
O sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil pode 
ser classificado como hidrotérmico de grande porte, com forte 
predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários. 
A maior parte da capacidade instalada é composta por usinas hidrelétricas, 
que se distribuem em 12 diferentes bacias hidrográficas nas diferentes 
regiões do país de maior atratividade econômica. São os casos das bacias 
dos rios Tocantins, Paranaíba, São Francisco, Paranaíba, Grande, Paraná, 
Tietê, Paranapanema, Iguaçu, Uruguai e Jacuí onde se concentram as 
maiores centrais hidrelétricas. 
Classificação: 
Acima de 765 kV 
 
(UAT) 
230kVbacias hidrográficas regionais 
e da transmissão de energia elétrica entre as principais usinas geradoras. 
 
 
 
 
 
 
 
Com o objetivo de ampliar a confiabilidade, otimizar os recursos 
energéticos e homogeneizar mercados foi criado o sistema 
 
4 Legenda: CGH Central Geradora Hidrelétrica (até 1MW); EOL Central Geradora Eolielétrica; PCH Pequena Central Hidrelétrica (de 1MW 
a 30MW); SOL Central Geradora Solar Fotovoltaica; UHE Usina Hidrelétrica de Energia; UTE Usina Termelétrica de Energia; UTN Usina 
Termonuclear. 
interligado nacional - SIN, o qual é responsável por mais de 95% do 
fornecimento nacional. Sua operação é coordenada e controlada pelo 
Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS. 
 
A Operação Nacional do Sistema Elétrico através do ONS concentra sua 
atuação sobre a Rede de Operação do Sistema Interligado Nacional. A 
Rede de Operação é constituída pela Rede Básica, Rede Complementar, 
e Usinas submetidas ao despacho centralizado, sendo a Rede 
Complementar aquela situada fora dos limites da Rede Básica e cujos 
fenômenos têm influência significativa nesta. 
Figura 1.12 Redes de operação do sistema interligado nacional [Fonte: ONS]. 
 
O sistema interligado de eletrificação permite que as diferentes regiões 
permutem energia entre si, quando uma delas apresenta queda no nível 
dos reservatórios. Como o regime de chuvas é diferente nas regiões Sul, 
Sudeste, Norte e Nordeste, os grandes troncos (linhas de transmissão da 
mais alta tensão: 500 kV ou 750 kV) possibilitam que os pontos com 
produção insuficiente de energia sejam abastecidos por centros de 
geração em situação favorável. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sistema B 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sistema E Sistema D 
 
 
Figura 1.13 Exemplo de sistema elétrico interligado. 
 
Vantagens dos sistemas interligados: 
 Aumento da estabilidade – sistema torna-se mais robusto podendo 
absorver, sem perda de sincronismo, maiores impactos elétricos. 
 
 Aumento da confiabilidade – permite a continuidade do serviço em 
decorrência da falha ou manutenção de equipamento, ou ainda devido 
às alternativas de rotas para fluxo da energia. 
 
 Aumento da disponibilidade do sistema – a operação integrada acresce 
a disponibilidade de energia do parque gerador em relação ao que se 
teria se cada empresa operasse suas usinas isoladamente. 
 
 Mais econômico – permite a troca de reservas que pode resultar em 
economia na capacidade de reservas dos sistemas. O intercâmbio de 
energia está baseado no pressuposto de que a demanda máxima dos 
sistemas envolvidos acontece em horários diferentes. O intercâmbio 
pode também ser motivado pela importação de energia de baixo custo 
de uma fonte geradora, como por exemplo, a energia hidroelétrica para 
outro sistema cuja fonte geradora apresenta custo mais elevado. 
Sistema A 
Sistema C 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Desvantagens dos sistemas interligados: 
 Distúrbio em um sistema afeta os demais sistemas interligados.  A 
operação e proteção tornam-se mais complexas. 
 
 
 
 
1.6.3 Transmissão de Energia Elétrica no Brasil 
As linhas de transmissão no Brasil costumam ser extensas, porque as 
grandes usinas hidrelétricas geralmente estão situadas a distâncias 
consideráveis dos centros consumidores de energia. Hoje o país está 
quase que totalmente interligado, de norte a sul. 
 
As principais empresas investidoras em linhas de transmissão no país 
estão relacionadas na Tabela 1.5. 
 
Tabela 1.5 Maiores transmissores do país – Extensão de linhas 
(km) Fonte ABRATE Maio/2008 
Nº Agentes do Setor km de linhas 
1º FURNAS 19.082 
2º CTEEP 18.495 
3º CHESF 18.260 
4º Eletrosul 10.693 
5º Eletronorte 7.856 
6º CEEE 6.008 
7º CEMIG 4.875 
8º COPEL 1.766 
 
Apenas o Amazonas, Roraima, Acre, Amapá, Rondônia e parte dos 
Estados do Pará ainda não fazem parte do sistema integrado de 
eletrificação. Nestes Estados, o abastecimento é feito por pequenas usinas 
termelétricas ou por usinas hidrelétricas situadas próximas às suas 
capitais. 
 
No Brasil, a interligação do sistema elétrico liga as diferentes regiões do 
país como pode ser visto no mapa da Figura 1.14 que apresenta o Sistema 
de Transmissão Nacional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[Fonte: http://www.ons.com.br/conheca_sistema/mapas_sin.aspx#] Figura 
1.14 Sistema de transmissão brasileiro [Fonte: Aneel]. 
 
 Sistema norte – centro-oeste → o primeiro circuito de interligação, 
conhecido por Linhão Norte-Sul, foi construído em 500 kV, com 1.277 
km de extensão, capacidade de transmissão de 1100MW e com 
transferência média de 600MW, o que representou o acréscimo de uma 
usina de 600MW para o sistema sul-sudeste brasileiro. Embora a 
interligação seja conhecida como ‘ligação norte-sul’ o circuito interliga o 
estado de Tocantins ao Distrito Federal. Em março de 2004 foi 
inaugurado o segundo circuito de interligação norte-sul II, com 1278 km 
de extensão, operando em 500 kV, passando pelas SE Imperatriz, no 
 
 
 
 
 
 
 
Maranhão, Colinas, Miracema e Gurupi, no Tocantins, Serra da Mesa 
em Goiás, e Samambaia em Brasília. Os circuitos em 500kV transmitem 
energia da UHE Luis Eduardo Magalhães – Lajeado, localizada no rio 
Tocantins, entre os municípios de Lajeado e Miracema do Tocantins 
com potência instalada de 902,5 MW. A UHE Lajeado é o maior 
empreendimento de geração realizado pela iniciativa privada no Brasil. 
 
 Expansão da linha de transmissão Interligação Norte-Sul (Centro-oeste- 
Sudeste) com tensão de 500 kV. Essa linha interliga as subestações de 
Samambaia (DF), Itumbiara (GO) e Emborcação (SP). A linha permitirá 
o escoamento, para a região Sudeste, da energia gerada pelas usinas 
de Lajeado (TO), Cana Brava (GO), e 2a etapa de Tucuruí (PA). 
 
 Sistema interligado sudeste – centro-oeste → concentra pelo menos 
60% da demanda de energia no Brasil. 
 
 Sistema sul – sudeste → com energia transferida da usina de Itaipu (2 
circuitos em CC em 600kV ligando a usina a São Roque (SP), 2 circuito 
765kV ligando a usina a Tijuco Preto). 
 
 Sistema nordeste → hoje a região Nordeste importa energia elétrica das 
hidrelétricas de Lajeado, em Tocantins, Cana Brava, em Goiás, e 
Tucuruí I e II, no Pará. 
 
Grande parte da região norte e uma parcela reduzida da região 
centrooeste, além de algumas pequenas localidades esparsas pelo 
território brasileiro, ainda não fazem parte do sistema interligado, sendo o 
suprimento de energia elétrica efetuado, quando existente, por meio de 
pequenos sistemas elétricos isolados. Nesses casos, a produção de 
eletricidade é normalmente efetuada por meio de unidades geradoras de 
pequeno porte, utilizando freqüentemente motores Diesel como 
equipamento motriz. A existência desses sistemas isolados, em algumas 
situações, como é o caso dos sistemas das cidades de Manaus, Boa Vista 
(Roraima) e Porto Velho (Rondônia), assumem proporções de relativa 
significância, com demandas superiores a 100MW, em grande parte 
responsáveis pela predominância da geração termelétrica a diesel. 
 
 
 
 
 
 
 
Para atender às políticas externa e energética, o Brasil está interligado aos 
países vizinhos como Venezuela (para fornecimento a Manaus e Boa 
Vista), Argentina, Uruguai, e Paraguai. 
 
1.6.4 Sistemas de Distribuição no Brasil 
Os sistemas de distribuição de energia elétrica no Brasil incluem todas as 
redes e linhas de distribuição de energia elétrica em tensão inferior a 230 
kV, seja em baixa tensão (BT), média tensão (MT) ou alta tensão (AT). 
– Alta tensão (AT): Tensão entre fases cujo valor eficaz é igual ou superior a 69 kV 
e inferior a 230 kV, ou instalações em tensão igual ou superior a 230 kV quando 
especificamente definidas pela ANEEL. – Média tensão (MT): Tensão entre 
fases cujo valor eficaz é superior a 1 kV e inferior a 69 kV. 
– Baixa tensão (BT): Tensão entre fases cujo valor eficaz é igual ou inferior a 1 
kV. 
 
 
Tabela 1.6 Dez Maiores agentes de distribuição do país (por consumo) Fonte 
ABRADEE Dez/2007 
Nº Empresa 
Consumo em 
GWh 
1ºEletropaulo 32.548 
2º Cemig 20.693 
3º CPFL 18.866 
4º Copel 18.523 
5º Light 18.235 
6º Celesc 13.829 
7º Coelba 11.403 
8º Elektro 10.055 
9º Celpe 8.171 
10º Piratininga 8.015 
 
 
1.7 Representação Esquemática de Sistemas de Potência 
Os símbolos para representação dos componentes elétricos são 
apresentados na Figura 1.15. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.15 Símbolos de componentes elétricos. 
 
 
 
1.7.1 Características dos Sistemas Elétricos de Potência 
Os Sistemas Elétricos de Potência apresentam as seguintes 
características: 
 Normalmente são trifásicos; 
 
 
 
 
 
 
 
 Apresentam um grande número de componentes; 
 Possuem transformadores que particionam o sistema em seções de 
diferentes níveis de tensão. 
 
1.7.2 Representação do Sistema Elétrico 
Os sistemas elétricos podem ser representados graficamente através de: 
- Diagramas Unifilares 
- Diagramas Multifilares 
- Diagrama Equivalente por Fase 
 
a) Diagrama Unifilar 
- Representa os principais componentes por símbolos e suas interconexões 
com a máxima simplificação e omissão do condutor neutro. 
- Representa apenas uma fase do sistema. 
- Representam sistemas monofásicos ou trifásicos. 
 
Na Figura 1.16 é apresentado um diagrama unifilar simplificado de um 
sistema elétrico de potência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LEGENDA: 
Figura 1.16 Diagrama unifilar simplificado de um SEP. 
 
G – Geração D – Equipamento de Disjunção SE 1 
– Subestação Elevadora 
 
SE 2 – Subestação Distribuidora LT – Linha de Transmissão C – 
Carga ou Consumidor 
SE 1 
SE 2 
Sistema de 
Distribuição 
D 
 
D 
Sistema de Transmissão 
LT 
 
D D 
o Sistema de Geraçã
 
G~ 
 
 
 
 
 
 
 
Conforme apresentado na Figura 1.17, cada elemento de um sistema 
elétrico deve ser protegido através de um sistema de proteção. 
Figura 1.17 Proteção de um alimentador de subestação. 
 
b) Diagrama Multifilar 
Os diagramas multifilares podem ser bifásicos ou trifásicos. As Figuras 
1.18 e 1.19 ilustram um diagrama trifilar, representando um circuito de 
saída de linha e uma linha de transmissão interligando subestações, 
respectivamente. 
 
 
Figura 1.18 Saída de um circuito de uma subestação de sub-trasmissão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.19 Diagrama trifilar de uma LT interligando subestações 
com proteção sobrecorrente direcional função 67. 
 
 
c) Diagrama Equivalente Por Fase 
 
 Representa as grandezas normalizadas. 
 Simplifica a análise numérica.  Elimina o efeito particionador dos 
transformadores.  Usado para mostrar os dados de impedância de 
geradores, linhas, transformadores, capacitores, cabos, etc. 
 
Figura 1.20 Diagrama unifilar de sistema elétrico de potência. 
 
Figura 1.21 Diagrama de impedâncias. 
 
As impedâncias são usadas para cálculos de queda-de-tensão, 
curtocircuito, carregamento de circuitos, etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.22 Diagrama unifilar, trifilar e de impedância. 
 
 
 
 
 
 
 
Aplicação: 
 
Um sistema trifásico é alimentado em 60 Hz por uma fonte ca em 2400 V 
tensão de linha, que supre duas cargas paralelas: 
Carga 1: 300kVA FPD= 0.8 atrasado 
Carga 2: 240kVA FPD= 0.6 adiantado 
 
Construa diagrama unifilar do sistema. Qual o valor da corrente nas outras 
duas fases? 
 
 
 
 
 
 
 
1.8 Tendências para o Mercado de Energia Elétrica4 
 
O desenvolvimento atual do modelo internacional de mercado de energia 
elétrica tem sido baseado em fluxo unidirecional de energia e, 
possivelmente, por razões tecnológicas, em alguns casos, e razões 
econômicas, em muitos outros, o mercado está baseado em tarifas fixas e 
limitações de informações em tempo real sobre gerenciamento de carga. 
 
O mercado de transmissão e distribuição de energia elétrica está 
caracterizado por monopólios naturais dentro de áreas geográficas. A 
ausência de competição faz com que as tarifas sejam controladas por 
agentes reguladores. 
 
A nova tendência internacional é de liberalização do mercado de energia 
elétrica com o estabelecimento de comércio de energia on-line e de 
consumidores com o direito de escolher seu supridor de energia elétrica. 
 
Atualmente a maioria dos usuários da rede de energia elétrica são 
receptores passivos sem nenhuma participação no gerenciamento da 
operação da rede. Cada consumidor é simplesmente um absorvedor de 
eletricidade. As redes de energia elétrica deverão em um futuro não 
longínquo permitir que seus usuários exerçam um papel ativo na cadeia de 
suprimento de energia elétrica. 
 
Com a consolidação da geração distribuída em um mercado liberalizado 
de energia elétrica, um novo modelo de geração deverá surgir em que 
coexistirão geração centralizada e geração descentralizada. Um grande 
número de pequenos e médios produtores de energia elétrica com 
tecnologia baseada em fontes renováveis de energia deverá ser integrado 
à rede elétrica. Milhares de usuários terão geração própria tornando-se 
ambos, produtores e consumidores de energia elétrica. O mercado de 
energia elétrica deverá fazer uso pleno de ambos, grandes produtores 
centralizados e pequenos produtores distribuídos. 
 
Pequenos produtores quando operando interligados à rede de distribuição 
em baixa tensão dão origem a um novo tipo de sistema de potência 
 
 
4 M.S. Jimenez. Smart Electricity Network based on Large Integration of Renewable Sources and Distributed 
Generation. PhD Thesis presented at Kassel University. June of 2006. 158 pages. 
 
 
 
 
 
 
denominado de Microredes. As microredes podem operar em modo autônomo ou 
como parte da rede principal de energia elétrica. Quando várias fontes são 
conectadas entre si e operam de forma conjunta e coordenada dá origem ao que 
se denomina de plantas de geração virtual. 
 
Figura 1.23 Micro rede. 
 
As Plantas Virtuais de Geração são operadas coletivamente por uma entidade de 
controle centralizado, pois assumem a grandeza de uma planta convencional 
podendo operar no mercado de energia elétrica.