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E-Book - Apostila Esse arquivo é uma versão estática. Para melhor experiência, acesse esse conteúdo pela mídia interativa. Unidade 1 - VISÃO GERAL DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA, QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA E TIPOS DE CARGAS E-Book - Apostila E-Book - Apostila 2 - 43 Introdução da disciplina MESTRA EM ENSINO DE CIÊNCIAS Raquel Lívia Nascimento Rodrigues DOUTORA EM ENGENHARIA MECÂNICA Arileide Cristina Alves Olá, estudante! Tudo bem? Para darmos início ao nosso conteúdo, assista ao vídeo de apresentação a seguir. Recurso Externo Recurso é melhor visualizado no formato interativo Agora, vamos começar os nossos estudos. Vamos lá? Introdução da unidade E-Book - Apostila 3 - 43 A eletricidade é a forma de energia mais utilizada atualmente, tanto em indústrias quanto em residências. É uma forma de energia relativamente fácil de produzir em grandes quantidades, transportar a longas distâncias, transformar em outros tipos de energia e consumir de forma aceitavelmente limpa. A eletricidade está presente em todos os processos industriais e em praticamente todas as atividades humanas, podendo ser considerada, hoje em dia, como um bem básico insubstituível. Para que a energia elétrica seja utilizada, é necessário, como em qualquer outra atividade industrial, um sistema físico que permita e suporte todo o processo, desde a geração até a utilização e consumo final. Esse sistema é o sistema elétrico. Nesta unidade, compreenderemos o que é um sistema elétrico em geral, relembrando os conceitos básicos dos sistemas elétricos de potência, curvas de carga e fatores típicos, qualidade de energia elétrica e tipos de carga, finalizando com o sistema elétrico nacional e com os sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica presentes no Brasil. Nos próximos tópicos, aprofundaremos todas essas temáticas citadas. Acompanhe! Conceito (pu) e mudanças de bases O valor numérico dos parâmetros elétricos (tensões, potências, impedâncias, correntes) para uma análise de um sistema elétrico de potência, geralmente, é expresso em um valor relativo, seja em porcentagem [%] ou unidade [pu]. Na análise de circuitos elétricos, quando são utilizadas variáveis elétricas “reais”, há certa dificuldade em termos de ordem de grandeza para essas variáveis. Isso também ocorre, quando há presença de transformadores no circuito. Assim, os valores por unidade correspondem à mudança de escala das principais grandezas (tensão, corrente, potência e impedância) em sistemas elétricos, de modo a facilitar o cálculo de redes, principalmente quando há transformadores nos sistemas em estudo (SILVEIRA et al., 2022, p. 27). E-Book - Apostila 4 - 43 Isso resulta de referenciar os valores absolutos dos referidos parâmetros (dados em KV, MW, Ω, KA) aos valores básicos correspondentes. Se, por exemplo, uma tensão de base de 132 KV for especificada, então, uma tensão medida de 135,6 KV em uma estação transformadora pode ser expressa como: Essa forma relativa de expressar valores numéricos tem as seguintes vantagens: (Clique no (+) das sanfonas para visualizar o conteúdo) Vantagem 1 Fornece informações de magnitude relativa, comparando melhor as máquinas, os elementos de diferentes valores nominais e os parâmetros elétricos (uma perda de 1 MW em uma linha de energia de transmissão não faz muito sentido se não for mencionada a potência ativa que circula por essa linha). Vantagem 2 O circuito equivalente de um trafo pode ser simplificado, desaparecendo a relação de transformação na representação. As impedâncias, tensões, correntes, expressos em [pu] não mudam quando se referem a um ou outro lado do trafo. E-Book - Apostila 5 - 43 Vantagem 3 As impedâncias em [pu] de equipamentos elétricos similares estão em uma faixa estreita de valores quando os valores nominais desses equipamentos são usados como valores-base (e pode, então, detectar erros grosseiros). Definição Formalizando o que foi expresso no tópico anterior, o valor relativo em [pu] encontra-se como: O valor-base escolhido é sempre um valor real (ângulo de 0º), então, o ângulo resultante α do valor em [pu] é igual ao do valor medido. Regras Para iniciar o processo de transformar tudo em [pu], dois números arbitrariamente devem ser escolhidos para valores-base independentes em qualquer ponto do Sistema Elétrico de Potência (SEP). Geralmente, eles especificam: (Clique nas setas para avançar ou voltar o conteúdo) E-Book - Apostila 6 - 43 uma potência aparente de base SB geralmente em [MVA], válida para todo o SEP analisado; uma tensão-base UBk geralmente em [KV], para a região k correspondente a um lado do transformador. A partir desses dois valores-base, encontramos o restante dos valores-base do sistema, considerando que a tensão de base de um lado k do transformador passa para o outro lado m do transformador, de acordo com a taxa de transformação. Isso pode ser expresso como: E-Book - Apostila 7 - 43 Os valores básicos podem ser encontrados em uma base por fase ou em uma base trifásica. Em uma base monofásica, os circuitos monofásicos são resolvidos usando bases monofásicas. Circuitos trifásicos balanceados também podem ser resolvidos em [pu], em bases monofásicas, após converter, se existirem, cargas conectadas em triângulo em cargas equivalentes conectadas em estrela. Os SEPs são constituídos por elementos trifásicos e, em geral, as potências são expressas em potências trifásicas e tensões em valores de linha. Os circuitos trifásicos podem ser resolvidos em [pu] em bases trifásicas. Sistemas elétricos de potência Os sistemas elétricos de potência evoluíram de forma semelhante em todos os países, convergindo para uma estrutura e configuração técnica muito semelhantes. Isso não é surpreendente se tivermos em conta as características muito particulares do produto elétrico. Os processos de produção, transporte, distribuição e consumo de energia elétrica estão irremediavelmente condicionados pelo fato de que deve haver um equilíbrio instantâneo e permanente entre geração e demanda. Nos sistemas elétricos de potência (SEP) estão presentes dispositivos e componentes que trabalham com diferentes níveis de tensão, e essas diferenças podem ser problemáticas para o profissional que desejar expressar as grandezas presentes nesses sistemas. No entanto, há possibilidade de o profissional adotar uma representação por unidade em que, em vez de trabalhar com as tradicionais grandezas no sistema internacional, pode-se realizar os cálculos em relação a um percentual de uma unidade base (SILVEIRA et al., 2022, p. 41). E-Book - Apostila 8 - 43 São sistemas em equilíbrio dinâmico de tamanho enorme (provavelmente o maior sistema dinâmico idealizado e construído pelo ser humano hoje) em que os determinantes técnicos adquirem relevância especial. Qualquer contratempo pode pôr em perigo o equilíbrio dinâmico do todo, pode estender as consequências negativas a todo o sistema por efeito dominó, colocando em risco o fornecimento de energia elétrica em grandes áreas geográficas, que, às vezes, podem abranger várias regiões de um país. Talvez seja por isso que no campo técnico são utilizados sofisticados sistemas de controle, supervisão e monitoramento em tempo real e os elementos de proteção que mais diferenciam a configuração e estrutura de um sistema de energia elétrica em relação a outras atividades industriais. As funções de qualquer indústria, como o planejamento e a organização do produção e transporte, também adquirem aqui uma elevada especialização. Os sistemas elétricos de potência são uma maravilha técnica e, deacordo com a Academia Nacional de Engenharia, a eletricidade e sua acessibilidade são as maiores conquistas da engenharia do século XX, à frente de computadores e aviões. A eletricidade é uma commodity altamente sofisticada sem a qual é difícil imaginar como a sociedade moderna poderia funcionar. Ela tem proporcionado a vários milhões de pessoas evitar o enfadonho trabalho diário de difíceis tarefas físicas. A eletricidade como utilidade é também única, já que ela deve ser consumida no instante em que é produzida, pois armazená-la para uso futuro ainda é economicamente proibitivo, na maioria dos casos (MOHAN, 2016, p. 2). E-Book - Apostila 9 - 43 Como em qualquer outro setor, os sistemas elétricos de potência são estruturados em centros de produção (geração), transporte (rede de alta-tensão), distribuição (rede de média e baixa-tensão) e consumidores, além dos sistemas de proteção e controle associados. A configuração e a estrutura de um sistema respondem mais formalmente ao esquema representado na figura a seguir. FIGURA 1 - Distribuição de energia Fonte: ALISTAIR1978 / WIKIMEDIA COMMONS. Os sistemas de potência abrangem a geração de eletricidade até seu consumo final na operação desde computadores até secadores de cabelo. Por exemplo, a rede elétrica norte-americana, nos Estados Unidos e no Canadá, consiste em milhares de geradores, todos operando em sincronismo. Esses geradores são interligados ao longo de mais de 200 mil milhas de linhas de transmissão em 230 kV ou mais. Esse enorme sistema interligado traz continuidade e confiabilidade ao serviço, se houver interrupção em alguma parte do sistema, e provê eletricidade a baixo custo, utilizando tanto quanto possível o menor custo de geração em determinado tempo (MOHAN, 2016, p. 2). E-Book - Apostila 10 - 43 Plantas de produção geram eletricidade em tensões de alguns quilovolts — entre 6 e 20 KV normalmente — e imediatamente as transformam em tensões que atingem centenas de quilovolts — 132, 220, 400, 500, 700 KV são valores bastante comuns —, para otimizar o transporte pelas linhas de energia aos grandes centros de consumo. A elevação da tensão permite transferir grandes quantidades de energia elétrica — por exemplo, tudo o que é gerado por um grupo nuclear — para longas distâncias com tecnologia de cabo razoavelmente barata e sem grandes perdas de energia. A rede de transporte conecta todos os grandes centros de produção entre si e o consumo, normalmente adotando uma configuração altamente malhada que garante uma ótima confiabilidade, existindo formas alternativas de evacuar e receber eletricidade no caso de falha de algumas linhas. Dos grandes centros que se conectam entre si, essas rodovias transportam energia elétrica, sendo chamadas de subestações, já as redes elétricas que saem de âmbito regional são denominadas redes de distribuição, que funcionam com menor tensão. As subestações se encarregam de transformar sucessivamente a tensão do trabalho, além de centralizar os equipamentos de medição e proteção para todo o sistema de transporte. Essas redes costumam ter uma configuração bem mais radial, lembrando tentáculos que tentam alcançar os locais de consumo mais remotos. Ao se tornarem cada vez mais desagregadas, as linhas dessas redes carregam muito menos energia, e é aceitável que operem em baixas-tensões. FIGURA 1 - Torres de transmissão de energia elétrica Fonte: ANALOGICUS / PIXABAY. E-Book - Apostila 11 - 43 Consumidores, consoante a dimensão em termos de consumo de energia, serão ligados ao nível de tensão a que lhes corresponda, segundo o princípio de que, quanto menor a tensão, menor a capacidade de fornecer energia elétrica. Um sistema de distribuição elétrica, ou planta de distribuição, como é comumente chamado, é toda a parte do sistema elétrico de energia entre a usina e os interruptores do consumidor. O uso de um sistema de distribuição, inevitavelmente, faz com que se esteja exposto a um bom número de variáveis técnicas e locais e, sobretudo, a uma variável econômica de que os sistemas de distribuição não possuem uniformidade, ou seja, que um sistema elétrico será uma combinação de sistemas. Os sistemas de distribuição podem ser por fiação subterrânea, fiação aérea, fiação aberta de condutores suportados por postes ou alguma combinação desses. Veja, no infográfico interativo a seguir, tais sistemas. (Clique nos botões do infográfico para visualizar o conteúdo) Recurso Externo Recurso é melhor visualizado no formato interativo Assim encontramos grandes consumidores — siderúrgicas, empresas de alumínio, setor ferroviário etc. — diretamente conectados à rede de alta-tensão, consumidores médios — grandes fábricas — conectadas à rede de média tensão, e pequenos consumidores — residências, lojas, pequenas fábricas — conectados à rede de baixa-tensão. E-Book - Apostila 12 - 43 Existem também centros geradores que, devido à pequena capacidade de produção, não necessitam estar ligados à rede de alta-tensão, mas diretamente à rede de entrega ou distribuição. Esses geradores geralmente correspondem a pequenas centrais hidráulicas, a grupos fotovoltaicos ou eólicos, a indústrias de cogeração ou a outros diversos tipos de geração distribuída. Modelo do setor elétrico brasileiro Prosseguindo com nossos estudos, falaremos, agora, sobre o modelo do setor elétrico brasileiro. Para tal, assista ao vídeo a seguir, que nos introduzirá nessa temática. Acompanhe. Recurso Externo Recurso é melhor visualizado no formato interativo Relembrando o conceito de energia e demanda, temos que a demanda corresponde à potência total requerida da rede para manter o funcionamento dos equipamentos elétricos. O conceito de demanda é instantâneo e não cumulativo. A potência pode variar de um momento para outro, de acordo com as cargas que estão ligadas na rede. Por outro lado, a energia elétrica consumida representa a potência elétrica sendo requerida da rede ao longo de um determinado tempo. As faturas de energia emitidas pelas distribuidoras registram a energia consumida dentro do período de um mês (BARROS; GEDRA; BORELLI, 2014, p. 116). E-Book - Apostila 13 - 43 Em 2018, a geração eólica atingiu mais de 48,0 TWh, com o parque eólico atingindo mais de 14,4 GW no mesmo ano – correspondendo a 9% da capacidade de geração instalada no país. A energia solar fotovoltaica centralizada, por sua vez, aumentou 300% em 2018, alcançando uma capacidade instalada próxima a 2,0 GW (1% do total) e uma geração de 3,5 TWh. O uso potencial dessas fontes ainda é enorme. No caso de energia eólica, a maior parte do recurso se concentra na Região Nordeste, principalmente no interior da Bahia, Ceará e Rio Grande do Norte. O Rio Grande do Sul também tem um importante potencial, com vários parques eólicos instalados, principalmente na costa. A energia solar, por sua vez, oferece um potencial de geração em todo o Brasil. Mesmo nas áreas de menor irradiação, têm maior insolação do que os melhores sistemas na Alemanha, que é um dos países com a maior capacidade instalada para energia solar fotovoltaica (EPE/MME, 2018). Veja, na figura a seguir, a matriz energética brasileira. FIGURA 1 - Matriz Elétrica Brasileira 2021 Fonte: EPE, 2023. https://www.epe.gov.br E-Book - Apostila 14 - 43 A integração de novas fontes renováveis no Brasil é favorecida pela extensa infraestrutura existente de plantas hidrelétricas, muitas com reservatórios. Mesmo com o aumento significativo das outras fontes, a hidroeletricidade ainda domina o geração elétrica brasileira,representando 63,7% da capacidade instalada e 74,2% da geração em 2018 (ANEEL, 2019). As usinas hidrelétricas têm alta flexibilidade de operação e, quando possuem um reservatório, podem armazenar água para gerar energia durante os períodos em que a variabilidade natural dos recursos reduz a geração renovável (EPE/MME, 2018). Embora a construção de novas usinas hidrelétricas com reservatórios possua restrições socioambientais, os reservatórios existentes ainda permitem a penetração de volumes significativos de geração renovável, acomodando variabilidade de produção sem incorrer custos significativos para a operação do sistema elétrico. Na figura a seguir, tem-se a usina hidrelétrica de Itaipu, localizada em Foz do Iguaçu, no Paraná. FIGURA 1 - Usina hidrelétrica de Itaipu Fonte: JONAS de CARVALHO / WIKIPEDIA. https://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_de_Itaipu#/media/Ficheiro:I taipu_geral.jpg E-Book - Apostila 15 - 43 No entanto, para que isso aconteça de forma eficiente, será necessário remunerar a flexibilidade como um serviço, que os geradores tenham um incentivo para ajustar as infraestruturas e operações para cumprir esse novo papel. Com esses ajustes, seria possível mobilizar a flexibilidade latente do sistema e superar as preocupações, pelo menos nos próximos 15 anos (Instituto Escolhas, 2018). O Brasil também tem um amplo sistema de transmissão que conecta as diferentes regiões, o que permite explorar as diferentes complementaridades entre a produção de fontes de energia renovável. Além disso, e o mais importante, o sistema de transmissão atua como um fator de flexibilidade, integrando o sistema hidrelétrico de produção para energias renováveis e o centros de consumo. O desenvolvimento tecnológico na indústria de eletricidade permitiu o uso de recursos energéticos em menor escala e a viabilização destes, promovendo o uso de forma distribuída. Diversos tipos de recursos de energia distribuídos são disponíveis no sistema, incluindo a geração de energia solar, resposta à demanda elétrica de veículos e eficiência energética. A existência dessa Geração Distribuída (GD) representa um novo paradigma para o funcionamento do sistema, que procede para lidar com recursos dentro dos centros de consumo com outras importantes complementaridades, como a existente entre a produção de energia solar e o consumo elétrico derivados do ar-condicionado. Para que você entenda a GD mais detalhadamente, veja a indicação de leitura a seguir. E-Book - Apostila 16 - 43 DICA Leia as páginas 47 e 48 do livro 'Sistemas elétricos de potência - Curso Introdutório', de Mohan (2016). Na leitura, você verá como a geração distribuída é estimulada por recursos renováveis, trazendo consequências ambientais e ações corretivas. Para conferir a leitura, copie o l i n k em seu navegador e acesse a Minha Biblioteca: Link: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/bo oks/9788521632801 https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788521632801 E-Book - Apostila 17 - 43 A capacidade instalada de energia solar fotovoltaica GD passou de quase zero em 2015 para cerca de 2 GW até o final de 2019. No entanto o Brasil ainda não possui um volume significativo de resposta à demanda desses veículos elétricos nem eficiência energética em oferta como recursos para o sistema. A abundância de recursos renováveis para geração de eletricidade é de imenso valor para a sociedade brasileira e pode transformar o país em exportador de energia limpa para a América do Sul, atuando como importante vetor de integração energética regional. Para aproveitar esse potencial, seria necessário construir uma infraestrutura física de transporte de eletricidade entre os países, além de harmonização dos quadros regulamentares. Do lado dos recursos fósseis, a crescente produção de petróleo no Brasil tem um alta demanda internacional com atendimento imediato. A exportação desse produto pode ser uma fonte de recursos financeiros que o Brasil exige para financiar a energia de transformação que é renovável. Com a descoberta dos campos do pré-sal em 2007, o potencial brasileiro de petróleo e produção de gás natural aumentou consideravelmente. A produção de petróleo é projetado para dobrar nos próximos anos, de 2,6 milhões de barris/dia em 2018 para 5,3 milhões de barris/dia em 2029 (EPE, 2018b). O potencial de petróleo excedente coloca o Brasil em um papel de destaque no cenário de mercado internacional, estando entre os principais países responsáveis pelo crescimento de abastecimento do mundo fora da Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP), junto com os Estados Unidos e Canadá. E-Book - Apostila 18 - 43 REFLITA A exploração de petróleo é a segunda atividade que mais emite gases de efeito estufa no planeta. Sendo assim, como é possível equilibrar a produção de energia de maneira competitiva e reduzir a emissão de gases poluentes? Fonte: Elaboração da autora. Para tornar a previsão de produção para os próximos 10 anos viáveis, estima-se que a indústria de petróleo precisará atrair investimentos de cerca de R$ 2,5 trilhões. O desafio para o gás natural é ainda maior. A infraestrutura atual para o fluxo de gás é limitado, e o uso do gás potencial do pré-sal está condicionada após grandes investimentos em gasodutos. Como agravante, uma parte do gás natural do pré- sal tem um alto teor de CO2, implicando um aumento em custos para a remoção (EPE, 2018b). E-Book - Apostila 19 - 43 As discussões levantadas pelo governo no programa “Novo Mercado de Gás” pretende atrair investimentos para o setor nos próximos anos por meio de uma série de medidas, incluindo a integração do setor de gás com os setores elétrico e industrial. A intenção é que, com alguns investimentos, será possível, por meio de usinas de natureza de gás, ter competitividade econômica desafiada pelas energias renováveis em conjunto com as usinas hidrelétricas e o sistema de transmissão. O país deve, portanto, considerar a melhor maneira de aproveitar as riquezas do pré-sal, usando-o de forma a maximizar os benefícios na transformação para uma vida de economia sustentável. Portanto, para o Brasil, a disponibilidade de recursos e a matriz de corrente elétrica apresentam diversas vantagens em relação à maioria dos países. O significativo desafio brasileiro na energia de transição do setor elétrico, no entanto, é aproveitar ao máximo a diversidade do portfólio e explorar econômica e eficientemente as possíveis complementaridades, a fim de reduzir os custos de energia, para garantir economia competitiva e desenvolvimento, para manter a energia de segurança e diminuir ainda mais a Emissão de Gases de Efeito Estufa (GEE). O consumo de energia por receptores é determinado pelas cargas. Vejamos, a seguir, mais detalhes sobre esse assunto. Vamos lá? Conceito sobre cargas A determinação de cargas elétricas é o ponto de partida para a resolução de problemas técnicos e econômicos complexos, relacionados ao projeto e à execução de redes de distribuição. A carga pode ser definida como o valor que caracteriza o consumo de energia por receptores ou consumidores de energia elétrica. A análise do fluxo de carga é uma análise estática que permite que a rede seja representada por um conjunto de equações algébricas e inequações que representam as restrições do sistema. Ela trata principalmente da rede básica, composta pelos sistemas de geração e de transmissão, e não contempla o sistema de distribuição que, nessa análise, entra usualmente comocarga (SILVEIRA et al., 2022, p. 172). E-Book - Apostila 20 - 43 Um receptor é um consumidor individual, e um consumidor é um grupo de receptores. Classificação de carga A eletrificação geralmente pode atender aos seguintes tipos de cargas: Tipos de cargas Carga residencial: urbano, suburbano e rural. A carga residencial tem a menor densidade em comparação com a carga comercial e industrial e diminui do urbano para o rural, de modo que a eletrificação rural não é muito econômica, embora justificável do ponto de vista social. Carga comercial: áreas centrais, centros prédios comerciais e comerciais. As densidades de carga nesses casos são maiores. Cargas industriais: pequenas e grandes indústrias. Às vezes, o frete industrial é incluído no frete comercial. As cargas industriais, em geral, podem ter grande potências e contratar o serviço em altas-tensões, como 115 KV ou mais. Gráfico de cargas A continuidade do serviço é muito facilitada quando o caráter da mudança nas cargas elétricas é conhecido. Isso permite unidades de partida ou interrupção do sistema, bem como realizar as manobras necessárias para modificar a rede, para que se obtenha a máxima economia. E-Book - Apostila 21 - 43 A variação das cargas nas plantas de sistemas de eletricidade, ou usinas geradoras, subestações ou sistema em geral, é expressa de forma mais fácil e clara por meio dos gráficos de carga. O tempo é dado no eixo das abscissas; no eixo das ordenadas, a carga correspondente ao dado instante. A área do gráfico representa a energia que é gerada ou consumida em um determinado período. Essa energia pode ser obtida considerando que a instalação opera o tempo todo em carga máxima em um tempo Tmáx. O gerenciamento de energia é uma ferramenta eficaz para a redução de custos, haja vista que permite otimizar o uso da energia elétrica e também os aspectos relacionados ao seu faturamento. Considerando o mercado altamente competitivo e o aumento da produtividade, as empresas vêm investindo cada vez mais no controle das grandezas elétricas envolvidas no consumo (BARROS; GEDRA; BORELLI, 2014, p. 67). E-Book - Apostila 22 - 43 Tmáx: tempo de operação à plena carga da instalação. Ela pode ser obtida a partir da relação entre a energia e a potência máxima. Considerando que o cálculo de energia é normalmente para um período de um ano, então Tmáx será normalmente inferior a 8.760 h do ano. Os gráficos de carga também são muito úteis para a seleção do número e da potência dos transformadores em redes de distribuição. Existem gráficos de carga de energia ativa, energia reativa e aparente. Para o período que cobrem, há gráficos diários, semanais, anuais de carga etc. Os gráficos de carga podem se referir a transformadores, alimentadores, subestações de distribuição, sistema de distribuição, usinas geradoras ou todo o sistema de energia. Veja, a seguir, um exemplo de um gráfico de curva de carga de um consumidor residencial. FIGURA 1 - Curva de carga Fonte: RODRIGUES; RAMPINELLI, 2020 [Adaptada]. A geração ou consumo dos gráficos de duração de energia anual é construída a partir dos gráficos de carga diária. Se uma carga diária tem um valor x e uma duração de uma hora, o gráfico de duração anual se estenderá 365 horas. Para planejar os sistemas de energia e distribuição, são muito úteis os gráficos de máximas anuais, que consistem em registrar as máximas de 1º de janeiro a 31 de dezembro de um ano. O máximo de 31 dezembro é sempre maior que primeiro de janeiro. E-Book - Apostila 23 - 43 Para o planejamento do sistema de distribuição, existe um documento de Procedimentos de Distribuição (PRODIST). Vejamos com mais detalhes a seguir. Conceito de Rede Básica, SDAT, SDMT e SDBT Procedimentos de Distribuição (PRODIST) são documentos elaborados pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) que normatizam e padronizam as atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e ao desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica, que são dispostos em módulos. O compêndio de documentos intitulados Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (Prodist) estabelece várias regras e requisitos gerais a serem seguidos por todas as distribuidoras de energia elétrica do país. Os principais objetivos do Prodist são: a) Garantir que os sistemas de distribuição operem com segurança, eficiência, qualidade e confiabilidade; b) Propiciar o acesso aos sistemas de distribuição, assegurando tratamento não discriminatório entre agentes; c) Disciplinar os procedimentos técnicos para as atividades relacionadas ao planejamento da expansão, à operação dos sistemas de distribuição, à medição e à qualidade da energia elétrica; d) Estabelecer requisitos para os intercâmbios de informações entre os agentes setoriais; e) Assegurar o fluxo de informações adequadas à ANEEL; f) Disciplinar os requisitos técnicos na interface com a Rede Básica, complementando de forma harmônica os Procedimentos de Rede (BARROS; GEDRA; BORELLI, 2014, p. 122). E-Book - Apostila 24 - 43 Conforme vimos, os PRODIST estão divididos em módulos. Sendo assim, em particular, destacaremos o módulo 2, que trata do planejamento de expansão do sistema de distribuição. Para tal, assista ao vídeo a seguir, que abordará esse tema. Acompanhe. Recurso Externo Recurso é melhor visualizado no formato interativo Ainda no que diz respeito à distribuição de energia elétrica, para que você possa aprofundar seus conhecimentos quanto à operação dos sistemas de distribuição, veja a indicação de leitura a seguir. SAIBA MAIS Para aprofundar seus conhecimentos, convidamos você a ler o artigo: 'Ambiente integrado de apoio à operação de redes de distribuição com geração distribuída', que irá mostrar a operação de sistemas de distribuição que contempla técnicas, métodos e algoritmos dedicados ao tratamento rigoroso de redes. Confira mais acessando o PDF a seguir. Para conferir a leitura, copie o link em seu navegador e acesse: http://www.cgti.org.br/publicacoes/wp-content/uploads/2016/03/Ambiente- Integrado-de-Apoio-a%CC%80-Operac%CC%A7a%CC%83o-de-Redes-de- Distribuic%CC%A7a%CC%83o-com-Gerac%CC%A7a%CC%83o- Distribui%CC%81da.pdf Agora que vimos sobre os sistemas de distribuição, no tópico a seguir, veremos sobre a rede de transmissão. Vamos lá? http://www.cgti.org.br/publicacoes/wp-content/uploads/2016/03/Ambiente-Integrado-de-Apoio-a%CC%80-Operac%CC%A7a%CC%83o-de-Redes-de-Distribuic%CC%A7a%CC%83o-com-Gerac%CC%A7a%CC%83o-Distribui%CC%81da.pdf E-Book - Apostila 25 - 43 Rede de transmissão No Brasil, a Empresa de Pesquisa Energética (EPE) é o órgão público, vinculado ao Ministério de Minas e Energia (MME), encarregado de realizar estudos de curto, médio e longo prazo sobre as necessidades energéticas para o desenvolvimento sustentável do país. Isso implica o levantamento dos recursos energéticos disponíveis, a análise da evolução da infraestrutura de geração e transporte de energia para abastecer o mercado e o dimensionamento do investimentos associados à expansão. Os principais estudos realizados por essa organização são: (Clique no (+) das sanfonas para visualizar o conteúdo) Plano Decenal de Expansão de Energia (PDE) Esse documento é publicado anualmente pelo MME. Incorpora uma visão integrada da expansão da demanda e da oferta de recursos, incluindo recursos de energia distribuídos e critérios de eficiência energética, para um horizonte temporal de 10 anos. É definido um cenário de referência que serve comoorientação para as decisões dos agentes do mercado de energia, facilitando a expansão equilibrada da oferta de energia do país, para que prevaleçam as opções mais competitivas e que proporcionem maior benefício ao sistema. A elaboração desse documento incorpora um processo de consulta pública por meio do qual o MME recebe contribuições da sociedade, organizações, governos e agentes do setor energético. Plano Nacional de Energia (PNE) Corresponde a um estudo de planejamento integrado dos recursos energéticos, sendo realizado pela EPE em articulação com o MME. A perspectiva do PNE abrange um horizonte temporal de 25 a 30 anos e incorpora visões de evolução tecnológica nos diversos setores energéticos, ou seja, não se considera apenas a energia elétrica, mas também o petróleo e seus derivados, gás natural e biocombustíveis, o que implica a realização de uma análise socioambiental da infraestrutura de abastecimento de energia. No mais recente PNE, foi feita uma análise de fornecimento descentralizado de energia, dentro do que se considera a geração de energia distribuída, a produção de energia descentralizada, dentre outras coisas. Programa de Expansão da Transmissão (PET) E-Book - Apostila 26 - 43 Esse documento é elaborado paralelamente ao desenvolvimento dos estudos do PDE, em conjunto com as concessionárias de transmissão e distribuição. Esse programa contempla linhas de transmissão e subestações cuja instalação é prioridade e orienta a licitação dessas obras no curto prazo. Esse programa termina com a incorporação dos reforços da rede elétrica indicados pelo Operador Nacional do Sistema (ONS), que elabora o Plano de Expansão e Reforço (PAR) que deve garantir a qualidade e segurança do sistema elétrico nacional. Cálculo das perdas na distribuição Destacando, agora, o módulo 7, Procedimentos de Distribuição - PRODIST, é exigido que as empresas distribuidoras de energia elétrica apontem as perdas de seus sistemas, direcionadas pelo modelo proposto pela ANEEL: (Clique nas setas para avançar ou voltar conteúdo) As redes dos sistemas de distribução são segmentadas segundo os níveis dos grupos SDAT (A1, A2 e A3), em que as perdas são calculadas a partir dos dados dos sistemas de medição. SDMT (A3a), em que as perdas são calculadas a partir da corrente média nos alimentadores. SDBT, em que as perdas são calculadas a partir da corrente média nos circuitos de baixa-tensão. Além dos grupos dos sistemas, as transformações são segmentadas conforme a relação de transformação (SDTA/SDTA, SDTA/SDTM, SDTM/SDTM, SDTM/SDBT) e, por fim, são apuradas as perdas nos segmentos ramal de ligação e medidor. E-Book - Apostila 27 - 43 A ANEEL tem exigido um esforço maior nos setores gerenciais e operacionais das distribuidoras para a melhora na qualidade do serviço e, a fim de estabelecer parâmetros, foram criados os indicadores de qualidade do serviço. Indicadores de qualidade do serviço Com o objetivo de alcançar ou conservar os níveis determinados pela reguladora, as distribuidoras de energia elétrica no Brasil são responsáveis por programar os recursos financeiros que advêm das despesas operacionais e dos investimentos, a fim de melhorar a qualidade do fornecimento. Assim a ANEEL determina limites para os indicadores de continuidade individuais: (Clique na imagem para visualizar o conteúdo) Duração de Interrupção Individual por Unidade Consumidora (DIC): Tempo medido em horas durante a apuração em cada uma das unidades consumidoras em que houve interrupção da distribuição de energia elétrica. Frequência de Interrupção Individual por Unidade Consumidora (FIC): Quantidade de interrupções detectada durante a apuração em cada uma das unidades consumidoras. Duração Máxima de Interrupção Contínua por Unidade Consumidora (DMIC): Tempo máximo em horas de descontinuidade de energia elétrica em uma das unidades consumidoras. E-Book - Apostila 28 - 43 Fonte: PIXELHARVESTER / PIXABAY. Assim todas as concessionárias e distribuidoras são avaliadas em diversos aspectos no fornecimento de energia elétrica, garantindo a qualidade do serviço e do produto oferecidos aos consumidores. Considerações finais Nesta unidade, você teve a oportunidade de: compreender os sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica presentes no Brasil; identificar indicadores de qualidade do serviço e qualidade do produto; reconhecer o conceito de rede básica, SDAT, SDMT e SDBT; entender os indicadores de qualidade do serviço de transmissão e distribuição de energia elétrica brasileiro. Iniciamos nosso material examinando o sistema por unidade, que é uma ferramenta que permite construir, a partir do diagrama unifilar e dos dados dos diferentes elementos que o compõem, um diagrama de impedância, em [pu], sem que os transformadores apareçam explicitamente. Aplicando os vários teoremas de cálculo ao circuito elétrico formado, é possível encontrar todas as variáveis elétricas envolvidos em [pu] e, posteriormente, os valores em [KA], [KV] e [MW]. Duração da Interrupção Individual Ocorrida em Dia Crítico por Unidade Consumidora (DICRI): Tempo de interrupção de fornecimento de energia elétrica em um dia crítico, para cada uma das unidades consumidoras. E-Book - Apostila 29 - 43 Analisamos os sistemas de potência, que são sistemas em equilíbrio dinâmico de tamanho enorme (provavelmente o maior sistema dinâmico idealizado e construído pelo ser humano hoje) em que os determinantes técnicos adquirem relevância especial. Estudamos que o Brasil tem um amplo sistema de transmissão que conecta as diferentes regiões, o que permite explorar as diferentes complementaridades entre a produção de fontes de energia. Examinamos os documentos normativos que padronizam as atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e ao desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica. Verificamos que a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), órgão público vinculado ao Ministério Ministério de Minas e Energia (MME), é encarregado de realizar estudos de curto, médio e longo prazo sobre as necessidades energéticas para o desenvolvimento sustentável do país, elaborando estudos sobre a realização socioambiental da infraestrutura de abastecimento de energia no Brasil. Com o objetivo de alcançar ou conservar os níveis determinados pelos documentos normativos, analisamos, por fim, que as distribuidoras de energia elétrica no Brasil são responsáveis por programar os recursos financeiros que advêm das despesas operacionais e dos investimentos, a fim de melhorar a qualidade do fornecimento. Agora que finalizamos este conteúdo, vamos testar seus conhecimentos com o quiz a seguir. QUIZ E-Book - Apostila 30 - 43 Os sistemas de energia elétrica foram planejados considerando uma geração centralizada e centros de consumo distantes da geração. A respeito dos sistemas elétricos, analise as afirmativas a seguir. I. Um sistema elétrico é definido como o conjunto de instalações, condutores e equipamentos necessários para geração, transporte e distribuição de energia elétrica. II. Um sistema elétrico de potência é um conjunto de elementos cuja finalidade é gerar, transformar, transmitir, distribuir e consumir energia elétrica de forma que a a qualidade seja alcançada com o menor custo possível. III. Um sistema elétrico de potência consiste em usinas geradoras que produzem a energia elétrica consumida pelas cargas e uma rede de transmissão e distribuição para transportar essa energia. IV. Um sistema elétrico de potência é um sistema de equilíbrio dinâmico, de tamanho relativamente grande, em que os determinantes técnicosadquirem relevância especial. Está correto o que se afirma em: I e II, apenas.a E-Book - Apostila 31 - 43 Resposta Incorreta: Resposta incorreta! A afirmativa I está correta, pois todos os equipamentos e instalações, para que a eletricidade saia das usinas e chegue às diversas áreas, compõem os sistemas elétricos. A afirmativa II também está correta, pois o sistema elétrico de potência compreende os potenciais para que a energia chegue aos destinos. A afirmativa III está correta, pois o sistema de potência começa nas usinas e continua com o transporte. A afirmativa IV está incorreta, pois o sistema de potência é um sistema em equilíbrio dinâmico de tamanho enorme (provavelmente o maior sistema dinâmico idealizado e construído pelo ser humano hoje) em que os determinantes técnicos adquirem relevância especial. Resposta Correta: Resposta correta! A afirmativa I está correta, pois todos os equipamentos e instalações, para que a eletricidade saia das usinas e chegue às diversas áreas, compõem os sistemas elétricos. A afirmativa II também está correta, pois o sistema elétrico de potência compreende os potenciais para que a energia chegue aos destinos. A afirmativa III está correta, pois o sistema de potência começa nas usinas e continua com o transporte. A afirmativa IV está incorreta, pois o sistema de potência é um sistema em equilíbrio dinâmico de tamanho enorme (provavelmente o maior sistema dinâmico idealizado e construído pelo ser humano hoje) em que os determinantes técnicos adquirem relevância especial. I, II e III, apenas.b E-Book - Apostila 32 - 43 Resposta Incorreta: Resposta incorreta! A afirmativa I está correta, pois todos os equipamentos e instalações, para que a eletricidade saia das usinas e chegue às diversas áreas, compõem os sistemas elétricos. A afirmativa II também está correta, pois o sistema elétrico de potência compreende os potenciais para que a energia chegue aos destinos. A afirmativa III está correta, pois o sistema de potência começa nas usinas e continua com o transporte. A afirmativa IV está incorreta, pois o sistema de potência é um sistema em equilíbrio dinâmico de tamanho enorme (provavelmente o maior sistema dinâmico idealizado e construído pelo ser humano hoje) em que os determinantes técnicos adquirem relevância especial. II e IV, apenas.c II, III e IV, apenas.d E-Book - Apostila 33 - 43 Resposta Incorreta: Resposta incorreta! A afirmativa I está correta, pois todos os equipamentos e instalações, para que a eletricidade saia das usinas e chegue às diversas áreas, compõem os sistemas elétricos. A afirmativa II também está correta, pois o sistema elétrico de potência compreende os potenciais para que a energia chegue aos destinos. A afirmativa III está correta, pois o sistema de potência começa nas usinas e continua com o transporte. A afirmativa IV está incorreta, pois o sistema de potência é um sistema em equilíbrio dinâmico de tamanho enorme (provavelmente o maior sistema dinâmico idealizado e construído pelo ser humano hoje) em que os determinantes técnicos adquirem relevância especial. Resposta Incorreta: Resposta incorreta! A afirmativa I está correta, pois todos os equipamentos e instalações, para que a eletricidade saia das usinas e chegue às diversas áreas, compõem os sistemas elétricos. A afirmativa II também está correta, pois o sistema elétrico de potência compreende os potenciais para que a energia chegue aos destinos. A afirmativa III está correta, pois o sistema de potência começa nas usinas e continua com o transporte. A afirmativa IV está incorreta, pois o sistema de potência é um sistema em equilíbrio dinâmico de tamanho enorme (provavelmente o maior sistema dinâmico idealizado e construído pelo ser humano hoje) em que os determinantes técnicos adquirem relevância especial. II e III, apenas.e E-Book - Apostila 34 - 43 Leia o trecho a seguir: 'A análise do fluxo de carga é uma análise estática que permite que a rede seja representada por um conjunto de equações algébricas e inequações que representam as restrições do sistema' (SILVEIRA et al., 2022, p. 172). Sobre a determinação de cargas, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas: I. Para empresas, como as de usinagem, por exemplo, o mais aconselhável é instalar a eletrificação de carga comercial. PORQUE II. A eletrificação de carga comercial possui grandes potências e serviço em altas-tensões. A seguir, assinale a alternativa correta. As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.a E-Book - Apostila 35 - 43 Resposta Incorreta: Resposta incorreta! A asserção I é uma proposição falsa, pois, em instalações grandes, como em indústrias, o aconselhável é a instalação de cargas industriais. A asserção II também é uma proposição falsa, pois são as cargas industriais em geral que podem ter grandes potências e contratar o serviço em altas-tensões, como 115 KV ou mais. Resposta Incorreta: Resposta incorreta! A asserção I é uma proposição falsa, pois, em instalações grandes, como em indústrias, o aconselhável é a instalação de cargas industriais. A asserção II também é uma proposição falsa, pois são as cargas industriais em geral que podem ter grandes potências e contratar o serviço em altas-tensões, como 115 KV ou mais. A asserção I é uma proposição verdadeira, e a asserção II é uma proposição falsa.b As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.c E-Book - Apostila 36 - 43 Resposta Incorreta: Resposta incorreta! A asserção I é uma proposição falsa, pois, em instalações grandes, como em indústrias, o aconselhável é a instalação de cargas industriais. A asserção II também é uma proposição falsa, pois são as cargas industriais em geral que podem ter grandes potências e contratar o serviço em altas-tensões, como 115 KV ou mais. Resposta Incorreta: Resposta incorreta! A asserção I é uma proposição falsa, pois, em instalações grandes, como em indústrias, o aconselhável é a instalação de cargas industriais. A asserção II também é uma proposição falsa, pois são as cargas industriais em geral que podem ter grandes potências e contratar o serviço em altas-tensões, como 115 KV ou mais. Resposta Correta: Resposta correta! A asserção I é uma proposição falsa, pois, em instalações grandes, como em indústrias, o aconselhável é a instalação de cargas industriais. A asserção II também é uma proposição falsa, pois são as cargas industriais em geral que podem ter grandes potências e contratar o serviço em altas-tensões, como 115 KV ou mais. A asserção I é uma proposição falsa, e a asserção II é uma proposição verdadeira.d As asserções I e II são proposições falsas.e E-Book - Apostila 37 - 43 No Brasil, algumas empresas são encarregadas de realizar estudos de curto, médio e longo prazo sobre as necessidades energéticas para o desenvolvimento sustentável do país. Neste sentido, assinale a alternativa que indica qual plano é informativo e direcionado para a sociedade com as perspectivas de expansão futura do setor energético. PNE.a E-Book - Apostila 38 - 43 Resposta Incorreta: Resposta incorreta! O Plano Nacional de Energia (PNE) é um documento que incorpora visões de evolução tecnológica nos diversos setores energéticos, além de analisar o fornecimento descentralizado de energia, dentro do que se considera geração de energia distribuída. O Programa de Expansão da Transmissão (PET) é um programa que contempla linhas de transmissão e subestações, cuja instalação é prioridade e orienta a licitação dessas obras no curto prazo. O Sistema de Distribuição de Alta Tensão (SDAT) tem por objetivo adequar o sistema existente às melhores condições de operação, atendendo às necessidades de crescimento de geração e consumo de energia elétrica. A Duração Máxima de Interrupção Contínua por Unidade Consumidora (DMIC) é o tempo máximo em horas de descontinuidade de energia elétrica em uma das unidades consumidoras.PET.b E-Book - Apostila 39 - 43 Resposta Incorreta: Resposta incorreta! O Plano Nacional de Energia (PNE) é um documento que incorpora visões de evolução tecnológica nos diversos setores energéticos, além de analisar o fornecimento descentralizado de energia, dentro do que se considera geração de energia distribuída. O Programa de Expansão da Transmissão (PET) é um programa que contempla linhas de transmissão e subestações, cuja instalação é prioridade e orienta a licitação dessas obras no curto prazo. O Sistema de Distribuição de Alta Tensão (SDAT) tem por objetivo adequar o sistema existente às melhores condições de operação, atendendo às necessidades de crescimento de geração e consumo de energia elétrica. A Duração Máxima de Interrupção Contínua por Unidade Consumidora (DMIC) é o tempo máximo em horas de descontinuidade de energia elétrica em uma das unidades consumidoras. SDAT.c E-Book - Apostila 40 - 43 Resposta Incorreta: Resposta incorreta! O Plano Nacional de Energia (PNE) é um documento que incorpora visões de evolução tecnológica nos diversos setores energéticos, além de analisar o fornecimento descentralizado de energia, dentro do que se considera geração de energia distribuída. O Programa de Expansão da Transmissão (PET) é um programa que contempla linhas de transmissão e subestações, cuja instalação é prioridade e orienta a licitação dessas obras no curto prazo. O Sistema de Distribuição de Alta Tensão (SDAT) tem por objetivo adequar o sistema existente às melhores condições de operação, atendendo às necessidades de crescimento de geração e consumo de energia elétrica. A Duração Máxima de Interrupção Contínua por Unidade Consumidora (DMIC) é o tempo máximo em horas de descontinuidade de energia elétrica em uma das unidades consumidoras. Resposta Correta: Resposta correta! O Plano Decenal de Expansão de Energia (PDE) é um documento que incorpora um processo de consulta pública, por meio do qual é definido um cenário de referência que serve como orientação para as decisões dos agentes do mercado de energia, facilitando a expansão equilibrada da oferta de energia do país. PDE.d DMIC.e E-Book - Apostila 41 - 43 Resposta Incorreta: Resposta incorreta! O Plano Nacional de Energia (PNE) é um documento que incorpora visões de evolução tecnológica nos diversos setores energéticos, além de analisar o fornecimento descentralizado de energia, dentro do que se considera geração de energia distribuída. O Programa de Expansão da Transmissão (PET) é um programa que contempla linhas de transmissão e subestações, cuja instalação é prioridade e orienta a licitação dessas obras no curto prazo. O Sistema de Distribuição de Alta Tensão (SDAT) tem por objetivo adequar o sistema existente às melhores condições de operação, atendendo às necessidades de crescimento de geração e consumo de energia elétrica. A Duração Máxima de Interrupção Contínua por Unidade Consumidora (DMIC) é o tempo máximo em horas de descontinuidade de energia elétrica em uma das unidades consumidoras. Referências ANEEL - AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Boletim de informações gerenciais. ANEEL, 2019. BARROS, B. F. de; GEDRA, R. L.; BORELLI, R. 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