PANORAMA SISTEMA DE POTENCIA

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Panorama dos Sistemas Elétricos de 
Potência
Objetivo da Aula
2
Apresentar uma visão geral dos sistemas elétricos de
potência.
Conteúdo Programático
3
O que são os 
Sistemas Elétricos 
de Potência ?
Elementos 
Constituintes
Agentes 
Institucionais
Estudos 
comumente 
realizados
Construção de Conhecimento Esperado
4
Conhecer de forma qualitativa os Sistemas Elétricos de
Potência (SEP).
A Energia Elétrica
5
 Pode-se dizer que:
– A Energia Elétrica desempenha papel fundamental na sociedade pois,
• Fator preponderante no desenvolvimento e bem estar;
• Abundância ou escassez influencia o potencial econômico das nações;
• Versátil – capaz de ser utilizada nos mais diferentes meios e para as mais diferentes
finalidades.
Visão Esquemática do SEP
6
Expansão 
Contínua
Interligação
Maior 
complexidade
Continuidade no 
Fornecimento
Padrões de 
Qualidade
Confiabilidade
Evolução do SEP Brasileiro
7
 Consumo
Período de 
2000 a 2020
2001
2009
2000
358,491 TWh
2020
587,112 TWh
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 Consumo - Comparação Mundo 2020
Evolução do SEP Brasileiro
8
5.564 TWh
3.902 TWh
587
TWh
 Consumo - Comparação América do Sul 2020
Evolução do SEP Brasileiro
9
587
TWh
72
TWh
121
TWh
Evolução do SEP Brasileiro
10
 Produção 
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Período de 
2000 a 2020
2001
2009
2000
360,172 TWh
2020
584,415 TWh
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Evolução do SEP Brasileiro
11
5.883
TWh
4.095 TWh
584
TWh
 Produção – Comparação Mundo 2020
Evolução do SEP Brasileiro
12
568
TWh
132
TWh
109
TWh
 Produção – Comparação América do Sul - 2020
Definição de SEP
13
Pode-se denominar de Sistema Elétrico de Potência (SEP)
ao conjunto de infraestruturas (Equipamentos,
tecnologias, processos, normas, legislação, etc.)
responsáveis pela geração, transmissão e distribuição da
energia elétrica.
Composição do SEP
14
Geração:
• Converte alguma forma de energia (hidráulica, 
térmica, eólica, solar, etc.) em energia elétrica.
Transmissão:
• Responsável pelo transporte de energia elétrica dos 
Centros de Produção aos Centros de Consumo, ou 
até outros sistemas elétricos, interligando-os.
Distribuição:
• Distribui a energia elétrica recebida do sistema de 
transmissão aos grandes, médios e pequenos 
consumidores.
Composição do SEP
15
 Em relação aos blocos fundamentais:
– Cada bloco requer diferentes níveis de investimentos e deve atender a padrões
de qualidade, de serviço e produto, específicos;
– Não é possível diferenciar relativamente a importância econômica de cada um
dos blocos;
– Blocos em série → confiabilidade e desempenho qualitativo (obtenção de
melhor resultado estratégico para determinado montante financeiro alocado)
Composição do SEP
16
 Em relação aos blocos fundamentais:
– O sucesso da exploração econômica e confiável do SEP depende de quão
integrado e coerente é o trabalho desenvolvido na gestão dos três blocos
mencionados.
 Topologias usuais para os blocos do SEP:
– Radial
Composição do SEP
17
Composição do SEP
18
 Sistema Radial - Características gerais:
– Construção relativamente econômica;
– Baixa confiabilidade;
– Baixa complexidade para estabelecimento do sistema de proteção;
– A corrente de defeito flui sempre na mesma direção (fonte-local da falta);
– Geradores eletricamente distantes → pequena variação nas correntes de 
curto-circuito com mudanças nas capacidades geradoras;
– A corrente de curto-circuito diminui conforme se afasta da fonte.
 Topologias usuais para os blocos do SEP:
– Anel
Composição do SEP
19
Composição do SEP
20
 Sistema em Anel - Características gerais:
– Construção mais cara em relação ao sistema radial;
– Maior confiabilidade;
– Maior complexidade para estabelecimento do sistema de proteção;
– Maior flexibilidade para operação;
– A direção do fluxo das correntes de curto-circuito é imprevisível;
– O valor das correntes de curto-circuito varia em uma faixa muito grande 
com mudanças na topologia do sistema e da capacidade de geração.
 Topologias usuais para os blocos do SEP:
– Malhado
Composição do SEP
21
 Sistema Malhado - Características gerais:
– Maiores valores de corrente de curto-circuito;
– Melhor distribuição do fluxo de potência;
– Maior confiabilidade→ devido a redundância;
– Possibilidade de operar como microgrid (operação ilhada);
– Maior custo de implantação em relação a topologia radial e em anel;
– Maior dificuldade de operação.
Composição do SEP
22
Composição do SEP
23
 O SEP Brasileiro, segundo o Operador Nacional do Sistema elétrico (ONS) é caracterizado por:
– O sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil é um sistema hidro-termo-eólico de grande porte,
com predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários;
– O Sistema Interligado Nacional (SIN) é constituído por quatro subsistemas: Sul, Sudeste/Centro-Oeste, Nordeste e a
maior parte da região Norte
– Propicia a transferência de energia entre subsistemas, permite a obtenção de ganhos sinérgicos e explora a
diversidade entre os regimes hidrológicos das bacias → Aumento da segurança operativa.
– Apenas 1,0% da energia requerida pelo país encontra-se fora do SIN, em pequenos sistemas isolados
– 212 localidades isoladas no Brasil, A maior parte está na região Norte, nos estados de Rondônia, Acre, Amazonas,
Roraima, Amapá e Pará. A ilha de Fernando de Noronha, em Pernambuco, e algumas localidades de Mato Grosso
completam a lista. Entre as capitais, Boa Vista (RR) é a única que ainda é atendida por um sistema isolado.
Elementos Constituintes
24
 Matriz Energética para o SEP
– O que é?
• É o conjunto de fontes primárias de energia que podem ser aproveitadas
comercialmente para produção de energia elétrica a partir de alguma técnica de
conversão.
Elementos Constituintes
25
 Matriz Energética brasileira (Março de 2022 – empreendimentos em 
operação)
Solar 2,57%
Nuclear 1,08%
Elementos Constituintes
26
 Participação dos Estados na capacidade instalada
 Matriz Energética - Mundo
Elementos Constituintes
27
Composição do SEP
28
 Perfil de Consumo – 475 TWh (consumo total de energia elétrica no 
Brasil em 2020) Número de consumidores 
por classe
Consumo de energia 
por classe (variação 
em relação a 2019)
Elementos Constituintes
29
 Geração
– Obtém-se a energia elétrica a partir da conversão de alguma outra forma de
energia, em geral, utilizando-se máquinas elétricas rotativas.
– Comumente o conjugado mecânico é obtido pelo uso de uma máquina primária
(turbina, a qual pode ser hidráulica, eólica ou a vapor, por exemplo);
– Geradores com tensão terminal entre 10 a 30kV.
Elementos Constituintes
30
 Geração (dados de Março de 2022)
– O Brasil possui no total 12674 empreendimentos em operação ,
totalizando 182.429.546,42 kW de potência instalada;
– Está prevista para os próximos anos uma adição de 13.538.397,60 kW na
capacidade de geração do País, proveniente dos 347 empreendimentos
atualmente em construção e mais 1183 em Empreendimentos com
Construção não iniciada com potência total outorgada igual a
48.572.991,65 kW.
Elementos Constituintes
31
 Empreendimentos em construção (Março de 2022)
 Empreendimentos construção não iniciada (Fevereiro de 2021)
Elementos Constituintes
32
 Geração Hidráulica de forma esquemática
Elementos Constituintes
33
 UsinaHidroelétrica – 330MW - Aimorés
Elementos Constituintes
34
 Geração Termelétrica de forma esquemática
Elementos Constituintes
35
Ciclo Combinado 
Menor emissão de poluentes;
Reaproveitamento de água no
processo.
 Usina Hidroelétrica – 857MW – Jorge Lacerda
Elementos Constituintes
36
 Usina Eólica de forma esquemática
Elementos Constituintes
37
 Usina Eólica – 293MW – Alto Sertão I
Elementos Constituintes
38
 Usina Eólica
– Evolução da geração eólica (2006 a 2021)
Elementos Constituintes
39
238 GWh
2006
72.195 GWh
2021
 Usina Solar de forma esquemática
Elementos Constituintes
40
Heliotérmica
Molten-Salt (60% nitrato de sódio e 40% 
nitrato de potássio)
Fotovoltaica
 Usina Solar Fotovoltaica – 3MW – Cidade Azul
Elementos Constituintes
41
 Usina Fotovoltaica
– Evolução da geração solar (2015 a 2021)
Elementos Constituintes
42
 Ranking com os 10 maiores países 
Elementos Constituintes
43
Transmissão
44
 Padronização do Valores de Tensão e frequência
– Através do decreto lei nº 73080 de 5 de novembro de 1973
• Para transmissão em corrente alternada 750; 500; 230; 138 kV;
• Para subtransmissão em corrente alternada 69; 34,5; 13,8 kV;
• Para distribuição primária de corrente alternada em redes públicas: 34,5 e 13,8 kV;
• Para distribuição secundária de corrente alternada em redes públicas: 380-220 e
220-127 volts (trifásico a quatro fios); 230/115 volts (monofásico a três fios).
• Frequência padronizada em 60Hz.
 Evolução dos valores de tensão em linhas de transmissão
Transmissão
45
• 1911 – 110 kV – Alemanha
• 1929 – 220 kV – Alemanha
• 1932 – 287 kV – EUA
• 1952 – 380 kV – Suécia
• 1965 – 725 kV – Canada
• 1985 – 1200 kV - URSS
Transmissão
46
 Características gerais
– Geralmente é feita em Corrente Alternada (CA) em estruturas aéreas, não
somente no Brasil, mas no mundo todo;
– A facilidade e flexibilidade em alterar os níveis de tensão através de
transformadores constitui um dos maiores atrativos dos sistemas CAs
(juntamente com os geradores trifásicos síncronos), o que justifica sua
ampla utilização.
 Comparação entre os custos de linhas aéreas e subterrâneas*
Transmissão
47
Faixa de Tensão (kV) 110 a 219 220 a 362 363 a 764
Potência média transmitida 
(MVA/circuito) 220 600 1800
Investimento médio linha aérea 
(EUR/(km.MVA) 820 390 185
Investimento médio linha subterrânea 
(EUR/(km.MVA) 6100 4900 3700
Razão subterrânea/aérea 7,4 12,5 20
*reservado para situações nas quais uma linha aérea não é apropriada, como, por exemplo, saídas de
subestações, licenciamento por parte da prefeitura, cruzamento sob outra linha de transmissão.
 Características gerais
– Transmissão em Corrente Contínua (CC)
• Para distâncias longas, a transmissão em Corrente Contínua torna-se uma alternativa 
atraente. (maior distância → Maiores perdas em CA)
Transmissão
48
 Características gerais
– Transmissão em Corrente Contínua (CC)
• Variações de topologia - bipolo
Transmissão
49Esquema típico para linhas de transmissão aéreas
 Características gerais
– Transmissão em Corrente Contínua (CC)
• Variações de topologia - monopolo
Transmissão
50Esquema típico para transmissão submarina.
 Capacidade de Transmissão
– Limitada pela reatância da Linha de Transmissão
Transmissão
51
𝑃𝑃𝑘𝑘𝑘𝑘 ≅
𝑉𝑉𝑘𝑘 ⋅ 𝑉𝑉𝑘𝑘
𝑥𝑥𝑘𝑘𝑘𝑘
⋅ 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠(𝜃𝜃𝑘𝑘 − 𝜃𝜃𝑘𝑘)𝑊𝑊
Para a qual: 𝑃𝑃𝑘𝑘𝑘𝑘 = potência ativa entre as barras 𝑘𝑘 e 𝑚𝑚; 𝑉𝑉𝑘𝑘 =tensão na barra 𝑘𝑘;
𝑉𝑉𝑘𝑘= tensão na barra 𝑚𝑚; 𝜃𝜃𝑘𝑘= ângulo da tensão na barra 𝑘𝑘; 𝜃𝜃𝑘𝑘 = ângulo da tensão
na barra 𝑚𝑚; 𝑥𝑥𝑘𝑘𝑘𝑘 = reatância série entre as barras 𝑘𝑘 e 𝑚𝑚.
 Capacidade de Transmissão
– Capacidade de transmissão x Tensão nominal
Transmissão
52
 Custo de Transmissão
– Considerando apenas variações no montante de potência transmitida:
Transmissão
53
 Custo de Transmissão
 Considerando variações no montante de potencia transmitida e 
distância: 
Transmissão
54
Transmissão
55
Basicamente equipamentos e
manutenção
Perdas Técnicas
 Custo de Transmissão
– Custos totais
Transmissão
56
Sistema DC
• Torres mais simples;
• Menores perdas técnicas para 
a mesma potência transmitida;
• Custo elevado das estações 
conversora-inversora
Entre 500 e 800 km para linhas 
aéreas;
Entre 40 e 100 km para linhas 
subterrâneas.
 Custo de Transmissão
– Comparação entre sistemas AC e DC
 Sistema Interligado Nacional SIN
Transmissão
57
>100.000 km 
(rede básica)
Transmissão
58
>120.000 km 
(rede básica)
 Sistema Interligado Nacional SIN
 Sistema Interligado Nacional SIN
Transmissão
59
>134.000 km 
(rede básica)
 Sistema Interligado Nacional SIN
Transmissão
60
>183.000 km 
(rede básica)
Horizonte
2024
 SIN – Evolução no comprimento das linhas da rede básica
Transmissão
61
230 kV
30.214,15 km
500 kV
13.611,60 km
500 kV
53.074,08 km
230 kV
58.641,54 km
Jan. 2000 a jan. 2021
SIN (2000) – 62.591 km
SIN (2021) – 145.600 km
 Visão topológica
Distribuição
62
Distribuição
63
 Redes inteligentes segundo IEEE (2011):
– podem ser definidas como a integração entre o Sistema Elétrico de
Potência (SEP), redes de comunicação de dados e tecnologia da informação
com o objetivo de melhorar o funcionamento do SEP a partir do
estabelecimento de novas ações operativas.
Distribuição
64
 Segundo (Farhangi, 2010; Hassan e Radman, 2010; Moslehi e Kumar, 2010; NETL, 
2009; Brown, 2008).
– capacidade do SEP de se recompor automaticamente, possuir elevada confiabilidade; 
– segurança operacional e qualidade do produto;
– ser seguro a ataques cibernéticos;
– capacidade de gerenciar a presença de geradores distribuídos, como células 
combustíveis e painéis fotovoltaicos;
– capacidade de otimizar a utilização dos elementos componentes do sistema;
– minimizar despesas de operação, manutenção e perdas técnicas e não técnicas.
 Modelo Conceitual segundo o NIST (National Institute of Standards 
and Technology)
Distribuição
65Fonte: http://smartgrid.ieee.org/ieee-smart-grid/smart-grid-conceptual-model
 Detalhe da Distribuição
Distribuição
66Fonte: http://smartgrid.ieee.org/ieee-smart-grid/smart-grid-conceptual-model
Distribuição
67
 Implicações para o estabelecimento das redes inteligentes:
– análise minuciosa e simultânea de diversos tópicos complexos como a
segurança cibernética, interoperabilidade entre dispositivos de automação,
controle e proteção, a confiabilidade e desempenho das soluções adotadas
(infraestrutura, algoritmos, etc.).
 Implicações - Exemplo
Distribuição
68MIRANDA et al. (2010)
 Implicações - Exemplo
Distribuição
69MIRANDA et al. (2010)
 Implicações - Exemplo
Distribuição
70MIRANDA et al. (2010)
 Implicações - Exemplo
Distribuição
71MIRANDA et al. (2010)
Modelo Vigente SEP
72
Modelo Vigente SEP
 CNPE: Define a política energética do país, com o objetivo de
assegurar a estabilidade do suprimento energético;
 MME: Responsável pelo planejamento, gestão e desenvolvimento
da legislação do setor, bem como pela supervisão e controle da
execução das políticas direcionadas ao desenvolvimento energético
do país;
73
Modelo Vigente SEP
 EPE: Realiza o planejamento da expansão da geração e transmissão, a
serviço do MME, e dá suporte técnico para a realização de leilões;
 CMSE: Supervisiona a continuidade e a confiabilidade do suprimento
elétrico;
 ANEEL: Regula e fiscaliza a geração, transmissão, distribuição e
comercialização de eletricidade. Define as tarifas de transporte e
consumo, e assegura o equilíbrio econômico-financeiro das concessões;
74
Modelo Vigente SEP
 ONS: Controla a operação do Sistema Interligado Nacional (SIN) de
modo a assegurar a otimização dos recursos energéticos;
 CCEE: Administra as transações do mercado de energia e realiza os
leilões oficiais.
75
Estudos Realizados
76
Tipo de Estudo Período de análise
Transitório Eletromagnético Milisegundos (0,001 s)
Transitório Eletromecânico0,1 segundos
Atuação dos Reguladores de velocidade 1 a poucos segundos
Atuação do Controle Automático de 
Geração
alguns segundos (10s), ou 
até 100 segundos 
Redespacho Econômico vários minutos
Planejamento da Operação do Sistema horas; 1 dia; 1 semana ou 1 
mês
Planejamento da Expansão do Sistema 5; 20; 30 anos
Estudos em Regime Permanente 
(fluxo de potência, curto-circuito) -
Referências bibliográficas
77
 STEVENSON, William D.. Elementos de análise de sistemas de potencia. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1978. 347 p.
 MONTICELLI, Alcir Jose; GARCIA, Ariovaldo. Introdução a sistemas de energia elétrica. Campinas, SP: UNICAMP, c2003.
251 p.
 KAGAN, Nelson; Oliveira, Carlos C. B.; Robba, Ernesto J.. Introdução aos Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica. São
Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda., 2005. 328 p.
 Operador Nacional do Sistema Elétrico. http://www.ons.org.br/home/
 IEEE (2011). IEEE Guide for Smart Grid Interoperability of Energy Technology and Information Technology Operation with
the Electric Power System (EPS), End-Use Applications, and Loads. IEEE Std 2030-2011 , 1 –126.
 SATO, F.; FREITAS, W.. Análise de Curto-Circuito em Princípios de Proteção em Sistemas de Energia Elétrica –
Fundamentos e Prática. Rio de Janeiro: Elsevier Editora Ltda., 2015. 447p.
http://www.ons.org.br/home/
Referências bibliográficas
78
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 Rabelo, Ricardo de Andrade Lira (2010). Componentes de software no planejamento da operação energética de sistemas
hidrotérmicos. Tese (doutorado) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos.
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 IEEE (2013). Smart Grid Conceptual Model . Disponível em: http://smartgrid.ieee.org/ieee-smart-grid/smart-grid-
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Generation/Country-Rankings
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Referências bibliográficas
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Referências bibliográficas
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SOUZA, B. A. . Bay control using commercial digital relays via IEC 61850. In: IEEE/PES Latin American Transmission and
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http://www.portalabeeolica.org.br/images/pdf/Boletim-de-Dados-ABEEolica-Agosto-2016-Publico.pdf .
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https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/anuario-estatistico-de-energia-eletrica
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a7%c3%a3o%20Solar%202021-01.pdf
 MAUAD, F. F., FERREIRA, L. C., TRINDADE, T. C. G., Energia Renovável no Brasil: análise das principais fontes
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 KIESSLING, F., NEFZGER, P., NOLASCO, J. F., KAINTZYK, U.. Overhead Power Lines - Planning, Design,
Construction. New York: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2003. 759 p.
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http://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/o-que-e-o-sin
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http://www.ons.org.br/AcervoDigitalDocumentosEPublicacoes/Boletim%20Mensal%20de%20Gera%c3%a7%c3%a3o%20Solar%202021-01.pdf
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 BENEDITO, R. A. S. ET77J – Sistemas de Potência 1. Notas de aula. UTFPR, 2015, Curitiba.
 BRASIL. Decreto nº 73.080, de 5 de novembro de 1973. Altera o artigo 47, do Decreto número 41.019, de 26 de fevereiro
de 1957, que regulamenta os serviços de energia elétrica. Brasília, DF: Presidência da República, [1973]. Disponível em:
https://www2.camara.leg.br/legin/fed/decret/1970-1979/decreto-73080-5-novembro-1973-421533-publicacaooriginal-
1-pe.html
 TOLMASQUIM, M. T. Novo Modelo Do Setor Elétrico Brasileiro 2ª Edição, Synergia editora, 2015.
 BARRIENTOS, M. Index Mundi. Disponível em: https://www.indexmundi.com/
 Operador Nacional do Sistema Elétrico. Sistemas Isolados. Disponível em: http://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-
sin/sistemas-isolados .
http://www.iea-pvps.org/fileadmin/dam/public/report/statistics/IEA-PVPS_-_A_Snapshot_of_Global_PV_-_1992-2017.pdf
https://www2.camara.leg.br/legin/fed/decret/1970-1979/decreto-73080-5-novembro-1973-421533-publicacaooriginal-1-pe.html
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Obrigado pela Atenção!
Prof. Dr. Ulisses Chemin Netto – ucnetto@utfpr.edu.br
Departamento Acadêmico de Eletrotécnica– DAELT – (41)3310-4626 
Av. Sete de Setembro, 3165 - Bloco B – Sala 207 - Rebouças - CEP 80230-901 - Curitiba - PR - Brasil
	Panorama dos Sistemas Elétricos de Potência
	Objetivo da Aula
	Conteúdo Programático
	Construção de Conhecimento Esperado
	A Energia Elétrica
	Visão Esquemática do SEP
	Evolução do SEP Brasileiro
	Evolução do SEP Brasileiro
	Evolução do SEP Brasileiro
	Evolução do SEP Brasileiro
	Evolução do SEP Brasileiro
	Evolução do SEP Brasileiro
	Definição de SEP
	Composição do SEP
	Composição do SEP
	Composição do SEP
	Composição do SEP
	Composição do SEP
	Composição do SEP
	Composição do SEP
	Composição do SEP
	Composição do SEP
	Composição do SEP
	Elementos Constituintes
	Elementos Constituintes
	Elementos Constituintes
	Elementos Constituintes
	Composição do SEP
	Elementos Constituintes
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	Transmissão
	Transmissão
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	Distribuição
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	Modelo Vigente SEP
	Modelo Vigente SEP
	Modelo Vigente SEP
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	Estudos Realizados
	Referências bibliográficas
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	Referências bibliográficas
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	Referências bibliográficas
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