Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica

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Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br 
 
 
Universidade Federal do Ceará 
Centro de Tecnologia 
Departamento de Engenharia Elétrica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GTD – Geração, Transmissão e 
Distribuição de Energia Elétrica 
 
 
 
 
 
 
2007 
Profa Ruth Leão Email: rleao@dee.ufc.br 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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. 
 
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Capítulo 1 
 
 Introdução aos Sistemas Elétricos de Potência 
 
 
 
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 dos serviços 
elétricos, que por sua vez dependem de como as empresas de 
eletricidade projetam, operam e mantêm os sistemas elétricos de 
potência. 
 
A energia elétrica proporciona aos cidadãos conforto, comodidade e 
praticidade, conduzindo a sociedade moderna a tornar-se 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. 
 
Conforme o Balanço Energético Nacional – BEN de 2006 – base 2005, 
em 2005 a eletricidade representou 16,5% do consumo final por fonte, 
dentre gás natural, carvão mineral, lenha, bagaço de cana, outras fontes 
primárias renováveis, gás de coqueria, coque de carvão mineral, carvão 
vegetal, álcool etílico, derivados de petróleo (42,7%): óleo diesel, óleo 
combustível, gasolina, gás liquefeito de petróleo, nafta e querosene. O 
consumo de eletricidade foi superior ao consumo de qualquer derivado 
do petróleo, igualando-se ao consumo de óleo diesel com 16,5%. 
Portanto, a eletricidade representa a segunda fonte de energia mais 
consumida no país. 
 
Espera-se que a produção mundial de eletricidade dobre nos próximos 
25 anos. 
 
 
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 Fonte: International Energy Outlook 2006 
Figura 1.1. Geração Mundial de Energia Elétrica. 
 
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 
mesma uma característica de universalização, disseminando o seu uso 
pela humanidade. No mundo de hoje, eletricidade, como alimento e 
moradia, é um direito humano básico. 
 
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. 
 
Uma das características marcantes da energia elétrica diante de outras 
formas de energia, é a dificuldade de armazenamento, fazendo com que 
a eletricidade seja produzida no momento exato em que é requerida ou 
consumida. Esta característica impõe 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. 
 
No Brasil, as fontes primárias que se transformam em eletricidade são 
predominantemente de origem hidráulica estando os locais produtores 
em regiões quase sempre distantes dos centros consumidores (Fig.1.2). 
Com isso são necessárias grandes extensões de linhas de transmissão e 
instalações para repartir e distribuir a energia nos centros de consumo. 
 
 
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 Fonte: Balanço Energético Nacional 2007 – Resultados Preliminares. 
Figura 1.2. Estrutura da Oferta Interna de Energia Elétrica 
Brasil – 2006. 
 
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 
disciplina de sistemas de energia elétrica apresenta uma visão 
panorâmica dos sistemas de potência. 
 
 
1.1 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. 
 
 
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d) Apresentar modelos típicos de: 
− Usinas de Geração: tipos, componentes, operação. 
− Subestações: equipamentos, arranjos. 
− 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. 
 
1.2 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. 
 
 
AAlleessssaannddrroo VVoollttaa 1745 - 1827 (Italiano) 
− Em 1800 anunciou a invenção da bateria. 
− A unidade de força eletromotriz foi criada em sua 
homenagem (Volt). 
 
 
AAnnddrréé MMaarriiee AAmmppèèrree 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). 
 
 
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GGeeoorrgg SSiimmoonn OOhhmm 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). 
 
 
MMiicchhaaeell FFaarraaddaayy 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). 
 
 
JJoosseepphh HHeennrryy 1797-1878 (Americano) 
− Descobriu a indutância de uma bobina. 
− Em sua homenagem seu nome foi dado à unidade de 
indutância (Henry). 
 
 
GGuussttaavv RRoobbeerrtt KKiirrcchhhhooffff 1824–1887 (Alemão) 
− Em 1847 anunciou as leis de Kirchhoff para correntes e 
tensões. 
 
 
 
TThhoommaass AAllvvaa EEddiissoonn 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 
 
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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 lâmpadas. 
 
 
 
WWiilllliiaamm SSttaannlleeyy 1858-1968 ((AAmmeerriiccaannoo)) 
– Em 1885/6 desenvolveu comercialmente o 
transformador. 
 
 
 
NNiikkoollaa TTeessllaa 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). 
 
 
GGeeoorrggee WWeessttiinngghhoouussee 1846-1914 (Americano) 
− Inventor do disjuntor a ar. 
− Comprou a patente do recém inventado transformador 
dos ingleses Lucien Gaulard e John D. Gibbs. 
− Comprou a patente do motor elétrico de Tesla. 
− Em 1886 organizou a Westinghouse Electric Company. 
− Venceu a batalha das correntes contra Edison. 
 
 
1.3 Estrutura Organizacional do Setor Elétrico Brasileiro 
O setor elétrico mundial tem passado por amplo processo de re-
estruturação organizacional. No modelo atual os sistemas elétricos são 
tipicamente divididos em segmentos como: geração, transmissão, 
distribuição, e comercialização. 
 
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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 de mercado de energia. 
 
Para gerenciar este novo modelo do setor elétrico, o Governo Federal 
criou a estrutura organizacional apresentada na Fig. 1.3 e definida a 
seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fonte: ANEEL 
Figura 1.3. Estrutura Organizacional e 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. 
 
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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. 
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. 
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 empresa pública criada em substituição ao MAE. 
h) Agências Estaduais de Energia Elétrica 
Nos estados foram criadas as Agências Reguladoras Estaduais com a 
finalidade de descentralizar as atividades da ANEEL. A Fig. 1.4 
apresenta as agências reguladoras estaduais. 
 
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Figura 1.4. 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 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). 
 
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, 
 
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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 (47): 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; 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. 
 
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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 
 
 
1.4 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. 
o A confiabilidade pode ser definida como a probabilidade 
do SEP prover um adequado suprimento de energia 
elétrica dentro de um período de tempo desejado de 
modo a satisfazer as necessidades do usuário. 
o Disponibilidade é definida como a probabilidade do SEP 
prover suprimento de energia quando requisitado pelo 
usuário. 
– 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 energia elétrica, em 
geral cobrindo uma grande área geográfica. 
 
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 
 
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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. 
 
 
Figura 1.5. 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 transmissão e de distribuição são 
gerenciados por monopólios empresariais, nacional ou regional, 
enquanto o setor de geração apresenta certa competitividade em um 
sistema verticalmente integrado. 
 
A Fig. 1.6 ilustra os três segmentos tradicionais de redes de energia 
elétrica. 
 
 
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Figura 1.6. Estrutura Tradicional de uma Rede de Energia Elétrica. [Fonte: Aneel]. 
 
1.4.1 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. 
 
1.4.2 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 
 
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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. 
 
1.4.3 Redes de Distribuição 
As redes de distribuição alimentam consumidores residenciais e 
consumidores industriais de médio porte. As tensões estão entre 4 a 35 
kV para a média tensão e algumas centenas de volts para a baixa tensão 
(440/220/110 V). 
a) Redes de Média Tensão 
O objetivo das redes de distribuição em média tensão é transportar 
energia das redes de sub-transmissão para pontos de consumo médio 
(p.ex. 250 kVA). O número de consumidores é apenas uma pequena 
proporção do número total de consumidores suprido diretamente em 
baixa tensão. O setor terciário, tais como hospitais, edifícios 
administrativos, pequenas indústrias, etc, são os principais usuários da 
rede. 
 
A estrutura é do tipo linhas aéreas ou subterrâneas. A operação dessas 
redes pode ser realizada manualmente ou por controle remoto a partir de 
centros de controle fixo/móvel, diferentemente do tipo usado nas redes 
de transmissão e subtransmissão. 
 
b) Redes em Baixa Tensão (BT) 
O objetivo das redes em baixa tensão é transportar eletricidade das 
redes de média tensão para pontos de baixo consumo (p.ex. < 250 kVA). 
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. 
 
A Fig. 1.7 mostra um diagrama com a representação dos vários 
segmentos de um sistema de potência com seus respectivos níveis de 
tensão. 
 
 
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Figura 1.7. 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, 161kV, 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. 
 
De acordo com a Resolução No456/2000 da ANEEL, a tensão de 
fornecimento para a unidade consumidora se dará de acordo com a 
potência instalada: 
− Tensão secundária de distribuição: 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. 
 
 
 
Classificação: 
Acima de 765 kV (UAT) 
230kV<V≤765kV (EAT) 
35 kV <V≤ 230kV (AT) 
1 kV<V≤ 35 kV (MT) 
V ≤ 1000 V (BT)
 
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1.5 Características do Sistema Elétrico Brasileiro 
 
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. 
 
Figura 1.8. Integração Eletroenergética no Brasil [Fonte: ONS]. 
 
A Operação Nacional do Sistema Elétrico 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 
 
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aquela situada fora dos limites da Rede Básica e cujos fenômenos têm 
influência significativa nesta. 
 
 
Figura 1.9. Redes de Operação do Sistema Interligado Nacional [Fonte: ONS]. 
 
1.6 Sistemas Interligados 
O parque gerador nacional é constituído, predominantemente, de 
centrais hidrelétricas de grande e médio porte, instaladas em diversas 
localidades do território nacional. Por outro lado, existe uma 
concentração de demanda em localidades industrializadas onde não se 
concentram as centrais geradoras. Estas características são imperativas 
para a implantação de um sistema de transmissão de longa distância. 
 
Com o objetivo de ampliar a confiabilidade, otimizar os recursos 
energéticos e homogeneizar mercados foi criado o sistema 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 1.10. Exemplo de Sistema Elétrico Interligado. 
 
Vantagens dos sistemas interligados: 
ƒ Aumento da estabilidade – sistema torna-se mais robusto podendo 
absorver, sem perda de sincronismo, maiores impactos elétricos. 
ƒ 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. 
ƒ Aumento da disponibilidade do sistema – capacidade de uma unidade 
de um sistema de realizar a função requerida em qualquer momento 
de sua operação. 
 
Disponibilidade = 100% x MTBF / (MTBF + MTTR) 
 
MTBT (h) Tempo médio entre falhas 
MTTR (h) Tempo médio de restauração – intervalo de tempo 
desde a detecção até a retificação da falha. 
 
A operação integrada acresce a disponibilidade de energia do parque 
gerador em relação ao que se teria se cada empresa operasse suas 
usinas isoladamente. 
ƒ 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. 
 
Desvantagens dos sistemas interligados: 
Sistema A 
Sistema B 
Sistema C Sistema D Sistema E 
 
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ƒ Distúrbio em um sistema afeta os demais sistemas interligados. 
ƒ A operação e proteção tornam-se mais complexas. 
 
No Brasil, a interligação do sistema elétrico liga as diferentes regiões do 
país: 
ß Sistema interligado sudeste – centro-oeste → concentra pelo menos 
60% da demanda de energia no Brasil. 
 
ß Sistema norte – centro-oeste → o primeiro circuito de interligação 
norte-sul, como é normalmente conhecido, foi construído em 500 kV 
com capacidade máxima de 1000MW 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 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 
500kV, passando pelas SE Imperatriz, no Maranhão, Colinas, 
Miracema e Gurupi, no Tocantins, Serra da Mesa em Goiás, e 
Samambaia em Brasília. 
 
ß 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). 
 
ß Sistema sul – sudeste → com energia transferida da usina de Itaipu (2 
circuitos em CC em 600kV ligando a usina a São Roque, 2 circuito 
765kV ligando a usina a Tijuco Preto). 
 
ß 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 centro-
oeste, 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 
 
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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 e Porto Velho, assumem proporções de relativa significância, com 
demandas superiores a 100MW, em grande parte responsáveis pela 
predominância da geração termelétrica a diesel. 
 
Em decorrência da crise energética instalada no país em 2001, a 
interligação de todo o sistema elétrico brasileiro cresceu nos últimos 
anos, e o setor de transmissão tem experimentado um aquecimento 
econômico. 
 
No mapa da Fig. 1.11 é apresentado o Sistema de Transmissão 
Nacional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 14. Sistema de Transmissão Brasileiro [Fonte: Aneel]. 
 
Figura 1.11. Sistema de Transmissão Brasileiro [Fonte: Aneel]. 
 
 
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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. 
 
1.7 Sistemas de Distribuição 
 
Os sistemas de distribuição de energia elétrica no Brasil incluem todas 
as redes e linhas de distribuiçãode 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. 
 
1.7.1 Topologia das Redes de Distribuição 
As redes de distribuição usam duas topologias básicas: 
 
a) Rede Radial também denominada de tipo antena. O princípio de 
operação é baseado em uma única fonte de suprimento. Isto significa 
que todas as unidades consumidoras são alimentadas a partir de um 
único alimentador. Esse arranjo é particularmente usado para 
distribuição em MT em áreas rurais. Essa configuração possibilita um 
suprimento de baixo custo para unidades consumidoras de baixa 
densidade de carga com grande dispersão geográfica. A configuração 
radial é normalmente usada em sistemas de distribuição aérea. 
 
b) Rede em Anel Aberto. Nesta configuração são usadas várias linhas 
de alimentação. Isto significa que dois possíveis caminhos elétricos 
podem suprir qualquer unidade consumidora, cada caminho é ativado 
a qualquer tempo, e a alimentação de retaguarda é dada pelo uso de 
outro anel. Esta configuração é em geral empregada em sistemas de 
distribuição subterrânea e em áreas urbanas densamente populosas. 
 
O sistema de distribuição de energia elétrica no Brasil é operado por 64 
empresas dentre as quais 9 estão na região norte, 11 na região 
 
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nordeste, 5 na região centro-oeste, 22 na região sudeste e 17 na região 
sul do país. 
 
O diagrama simplificado do sistema de distribuição, mostrado na Fig. 
1.13, apresenta a integração do sistema de distribuição com a Rede 
Básica, os níveis usuais de tensão de distribuição e os agentes 
envolvidos do setor de energia elétrica. 
 
 
Figura 1.12. Sistema de Distribuição e os Agentes Envolvidos. 
 
1.7 Representação Esquemática de Sistemas de Potência 
Os símbolos para representação dos componentes elétricos são 
apresentados na Fig. 1.13. 
 
 
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Figura 1.13. Símbolos de Componentes Elétricos 
 
 
1.7.1 Características dos Sistemas Elétricos de Potência 
Os Sistemas Elétricos de Potência apresentam as seguintes 
características: 
ƒ Normalmente são trifásicos; 
ƒ Apresentam um grande número de componentes; 
 
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ƒ 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 Fig. 1.14 é apresentado um diagrama unifilar simplificado de um 
sistema elétrico de potência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Conforme apresentado na Fig. 1.14, cada elemento de um sistema 
elétrico deve ser protegido através de um sistema de proteção. 
LEGENDA: 
G – Geração 
D – Equipamento de Disjunção 
SE 1 – Subestação Elevadora 
SE 2 – Subestação Distribuidora 
LT – Linha de Transmissão 
C – Carga ou Consumidor 
Figura 1.14. Diagrama Unifilar Simplificado de um SEP. 
G 
Sistema de Geração 
Sistema de 
Distribuição 
 
 Sistema de Transmissão 
 
LT 
 SE 2 
 SE 1 
D D D D 
 
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Figura 1.15. Proteção de um Alimentador de Subestação. 
 
b) Diagrama Multifilar 
Os diagramas multifilares podem ser bifásicos ou trifásicos. As Figs. 
1.16 e 1.17 ilustram um diagrama trifilar, representando uma linha de 
transmissão interligando subestações e um circuito de saída de linha, 
respectivamente. 
 
Figura 1.16. Diagrama Trifilar de uma LT Interligando Subestações. 
 
 
Figura 1.17. Saída de um Circuito de uma Subestação de Sub-trasmissão. 
 
 
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c) Diagrama Equivalente Por Fase 
 
ƒ Representa as grandezas normalizadas. 
à Simplifica a análise numérica. 
à Elimina o efeito particionador dos transformadores. 
à Usado para mostrar os dados de impedância de geradores, linhas, 
transformadores, capacitores, cabos, etc. 
 
 
Figura 1.18. Diagrama Unifilar de Sistema Elétrico de Potência. 
 
 
Figura 1.19. Diagrama de Impedâncias. 
 
As impedâncias são usadas para cálculos de queda-de-tensão, curto-
circuito, carregamento de circuitos, etc. 
 
 
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Figura 1.20. Diagrama Unifilar, Trifilar e de Impedância. 
 
 
Aplicação: 
 
Um sistema trifásico é alimentado em 60 Hz por uma fonte CA de 2400V 
que supre duas cargas paralelas: 
Carga1: 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 Elétrica1 
 
O desenvolvimento atual do modelo internacional de mercado de energia 
elétrica tem sido baseado em fluxo unidirecional de energia e, 
 
1 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. 
 
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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 (2007) 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.