Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica Aula 27 26 05 16

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Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Professor: Paulo Roberto Costa Silva 
E-mail: pr@task.com.br 
ENGENHARIA ELÉTRICA – GRADUAÇÃO 
EMENTA 
1. ESTRUTURA DA INDÚSTRIA DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
2. REPRESENTAÇÃO DAS REDES DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
3. LINHAS DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO 
 
4. FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO 
 
5. PLANEJAMENTO E OPERAÇÃO 
 
6. COORDENAÇÃO DO ISOLAMENTO 
 
7. MONITORAMENTO E DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM EQUIPAMENTOS 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Prof.: Paulo Roberto Costa Silva 
Finalidade 
• Sistemas de Monitoramento 
 
• O que estamos fazendo? 
 
• Por que estamos fazendo isso? 
 
• Como vamos fazer isso? 
 
Introdução 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Benefícios 
• Uso otimizado dos ativos da subestações 
• Aumento da confiabilidade 
• Aumento da disponibilidade 
• Redução de riscos e falhas 
• Extensão e controle da vida útil dos ativos 
Introdução 
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Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Objetivos 
• Experiência com usuários Nacionais e Internacionais: 
• Porque automatizar? 
• Implementar confiabilidade 
 
• Redução de custos 
 
• Auxiliar na prevenção de falhas 
• Sistemas com índice populacional elevado 
 
• Ativos novos para implementação de nova tecnologia 
 
• Ativos antigos para acompanhamento e aumento de vida útil 
• Aonde deverá ser aplicado? 
Introdução 
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Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Objetivos 
• Experiência com usuários Nacionais e Internacionais: 
• Quando deverá ser aplicado? 
• Na aquisição de ativos novos, para que se tenha um 
ganho de capital (preço do ativo x preço do sistema) 
 
• Ativos inseridos em sistemas de alta disponibilidade 
 
• “Retrofit” de ativos 
Introdução 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Fatores que viabilizam os sistemas de automação e 
monitoramentos: 
• Valor do ativo 
• Condições operacionais 
• Importância do ativo no sistema elétrico 
• Nível de automação existente 
• Principais Ativos das Subestações (Que permitem um 
sistema de automação e monitoramento) 
• Transformadores 
• Disjuntores 
• Chaves Seccionadores 
Introdução 
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Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
EQUIPAMENTOS 
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Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Transformadores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Os transformadores são destinados a: 
• Alterar a tensão do sistema – elevar ou reduzir o nível de tensão 
• Consequentemente os níveis da corrente alterados 
• Não alterar a potência do circuito, salvo as perdas próprias dos transformadores 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Aplicação 
• Os transformadores podem ser divididos basicamente em: 
• Transformadores de força ou Transformadores de potência 
• Aplicados nos sistemas de geração, transmissão e distribuição 
• Com níveis de tensão acima de 69 kV (Alta tensão) 
• Transformadores de distribuição 
• Aplicados em sistema de distribuição (circuitos terminais) 
• Com níveis de tensão abaixo de 69 kV (Média e baixa tensão) 
• Os transformadores podem exercer as 
seguintes funções: 
• Transformadores elevador 
• Transformador de interligação 
• Transformador abaixador 
• Além destes tipos podemos ter: 
• Transformadores de aterramento 
• Transformadores para forno 
• Transformadores para retificadores 
• Entre outros 
Transformadores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Nível de tensão e potência 
• Tensões de AT, MT, BT e Terciário 
• Níveis de potências 
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Classificação 
• Cenário atual dos níveis de tensões e potência comercializados no mundo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Transformadores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Meio isolante 
• Isolamento com óleo mineral 
• Naftênico = mais utilizado 
• Parafínico = pouco usado – quando aplicado: somente em transf. pequenos 
• Ascarel = Proibido = reações cancerígenas 
• Isolamento com óleo vegetal (Natural com aditivos) 
• Isolamento sintético (Silicones) 
• Isolamento seco (Ar) 
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Transformadores 
Classificação 
• Classe térmica – Limites de elevação de temperatura 
• Elevação de temperatura de 55º C 
• Elevação de temperatura de 65º C 
• Nota: Pode haver outros limites térmicos para condições especiais 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
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• Quanto a regulação de tensão 
• Sem regulação (Relação de Transformação fixa) 
• Com comutador sem tensão 
• Com comutador sob carga 
• Com comutadores sob carga e sem tensão 
Transformadores 
Classificação 
• Outras classificações - Específicas 
• Tipo de conexões (Estrela – Delta) e deslocamento angular 
• Numero de fases 
• Frequência 
• Níveis de tensão e corrente 
• Sobrecarga 
• Nível de isolamento 
• Impedâncias 
• Níveis de ruído 
• Nível de automação (SE’s assistidas ou SE’s não assistidas) 
• Quantidade e funções de acessórios (temperatura, nível , pressão, etc...) 
• Aplicações especiais (SEP, Forno, retificador, etc...) 
• Etc... 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Transformadores para Subestações 
• São abaixadores 
• Geralmente possuem 
comutadores sob carga 
e comutadores sem 
tensão 
• Possuem sistemas de 
paralelismo 
 
Transformadores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Transformadores para Geradores (Usinas) 
• São elevadores 
 
• Geralmente não 
possuem comutadores 
sob carga 
 
• São conectados 
diretamente aos 
geradores (barramentos) 
 
• Possuem sistemas de 
paralelismo 
Transformadores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Parte Ativa 
Enrolamentos 
Comutador 
Sob Carga 
Transformadores 
Conexões 
Núcleo 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Regulação de Tensão 
Transformadores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Outros tipos de Transformadores 
• Para Forno 
• Para Retificador 
Transformadores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Dispositivos de 
Proteção e Controle 
Comutador Sob 
Carga 
Parte Ativa 
Refrigeração 
Buchas 
Descargas 
Parciais 
Níveis de Óleo 
Umidade 
Gases Dissolvidos 
Posição 
Pressão 
Correntes 
Relé Buchholz Tensões 
Sistema de 
Controle 
Sistema de 
Resfriamento 
DescargasParciais 
Dispositivos de 
Proteção e Controle 
Comutador Sob 
Carga 
Parte Ativa 
Refrigeração 
Buchas 
Torque no Eixo 
Desgaste dos Contatos 
Fator de 
Potência 
Capacitância 
Temperaturas 
Transformadores 
Variáveis para Monitoramento 
Partes a serem 
Analisadas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Disjuntores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Os disjuntores são os principais equipamentos de proteção do sistema elétrico 
 
• São os equipamentos de manobra mais confiáveis e eficientes 
 
• Realizam a tarefa mais difícil dos equipamentos de subestações, que é interromper 
corrente de curto-circuito em curtíssimos intervalos de tempo (2 a 3 ciclos), para limitar 
os danos que as correntes de curto-circuito podem causar 
 
• Outras funções é interromper: 
• Correntes normais de sobrecarga 
• Correntes de magnetização de transformadores e reatores 
• Correntes capacitivas de bancos de capacitores 
• Correntes capacitivas de linhas em vazio 
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Aplicação 
Disjuntores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Isoladores 
Mecanismo 
de 
Acionamento 
Câmara de 
Extinção e 
Partes 
Condutoras de 
Corrente 
Disjuntores 
Partes Constituintes 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Partes condutoras de corrente 
 
• Partes isoladoras 
 
• Dispositivo de extinção de arcos 
 
• Mecanismo de operação 
 
• Circuitos de comando e controle 
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Partes Constituintes 
Disjuntores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Momento da Falta 
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Operação 
Tempo Morto de cada ciclo 
(os períodos em que o 
Disjuntor permanece aberto) 
também pode ser ajustado 
Disjuntores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Tipos mais comuns de disjuntores: 
 
• Sopro magnético 
• À óleo 
• À vácuo 
• À ar comprimido 
• À SF6 (Hexafluoreto de enxofre) 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Tipos 
Disjuntores 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Tensões e correntes das bobinas de abertura e fechamento 
• Contatos de sinalização de estado do disjuntor 
• Contatos de alarme e bloqueio por pressão do SF6 
• Tensões de comando 
• Temperaturas do mecanismo e ambiente e corrente do aquecedor 
• Correntes dos aquecedores do SF6 
• Tensão, corrente e consumo do motor de acionamento 
• Pressão hidráulica ou pneumática 
• Deslocamento do contato principal durante a operação 
• Correntes de linha 
• Densidade e temperatura do SF6 
Disjuntores 
Variáveis para Monitoramento 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Seccionadoras 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• As chaves seccionadoras são dispositivos usados 
para isolar eletricamente: 
• Equipamentos 
• Barramentos 
• Zonas do sistema elétrico 
• Trechos de linhas de transmissão 
• Entre outros 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Aplicação e Classificação 
• As aplicações mais comuns em subestações são: 
• Chaves de terra 
• Chaves de operação em carga 
• Chaves de aterramento rápido 
• Seccionadores 
• Garantir uma distância segura de isolamento 
após a abertura (Os disjuntores não garantem 
este isolamento) 
Seccionadoras 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Os critérios para seleção e dimensionamento 
do tipo de seccionador são: 
 
• Nível de tensão 
 
• Topologia da subestação 
 
• Distância elétricas mínimas 
 
• Função a ser desempenhada 
 
• Normalização 
 
• Padronização aplica pelo cliente final 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Seleção e Dimensionamento 
Seccionadoras 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Partes Constituintes 
Seccionadoras 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Tipos mais comuns de seccionadoras: 
• Abertura lateral 
• Abertura central 
• Dupla abertura lateral 
• Abertura vertical 
• Pantográficas 
• Haste vertical 
 
• Principais componentes das seccionadoras: 
• Parte ativa (Lâminas principais) 
• Parte baixa (Sustentação mecânica) 
• Mecanismo de operação 
• Isoladores 
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Tipos 
Seccionadoras 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
• Oscilografia da corrente, tensão e potência consumida pelo motor durante as operações 
• Contatos auxiliares do seccionador para sinalização de estado aberto ou fechado 
• Contatos auxiliares de sinalização de atuação dos disjuntores do motor e do comando 
• Tensão de comando, oscilografada durante a operação 
• Temperatura no interior do mecanismo de acionamento 
• Temperatura ambiente 
• Corrente do aquecedor anticondensação do mecanismo de acionamento 
• Deslocamento do contato principal durante a operação, medido através de encoder 
Variáveis para Monitoramento 
Seccionadoras 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Arquiteturas dos Sistemas de 
Monitoramento e Automação 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Principais Hardwares 
• Sensores 
• IED’s (Intelligent Electronics Device) 
• CLP’s (Controladores Lógicos Programáveis) 
• Rede de comunicação (Conversores, hub, gateways, etc...) 
• Módulos de aquisições de dados (UTR, CPU, etc...) 
• Servidores (CPU’s, softwares, etc...) 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Principais Requisitos 
Robustez 
Conectividade 
Não utilizar equipamentos dedicados. Utiliza equipamentos universais 
Permite expansão do sistema – Totalmente modulável 
Plataforma aberta – Não necessita de configuração 
Protocolos de comunicações abertos – Permite o uso de qualquer protocolo 
Permite a conexão em redes ópticas e/ou convencionais 
Possui saídas RS 232 e RS 485 
Possui saídas de comunicação para redes Ethernet, Intranet 
Possui conexão direta para redes de campo 
Entre Outros 
Arquiteturas 
Prof.: Paulo Roberto Costa Silva 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Definição das Partes 
Automação 
Aquisição de Dados 
Armazenamento de Dados 
Tratamento dos Dados 
Conversão de Dados em informações 
Apresentação das Informações 
Análise das Informações 
Tomada de Decisões 
Controle 
Manobras 
Regulação de Tensão 
Operação Local / Remota 
Paralelismo entre Máquinas 
Sinalização 
Proteção 
Gerenciamento e Monitoramento 
Arquiteturas 
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Distribuição e Transmissãode Energia Elétrica 
Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Diagramas de Blocos - Processo 
Processo 
Sala de Controle 
Subestação 
Equipamento 
Transformador 
Disjuntor 
Seccionadora 
Subestação 
Sistema de Controle 
Proteção 
Supervisão 
Unidade Remota 
Centro de Operações 
Comunicação 
Processamento 
CLP’s 
UTR’s 
Servidores 
Sistema 
Supervisório 
In
te
rf
a
c
e
s
 
Sistemas 
 CLP’s 
 IED’s 
 Proteção 
 Sinalização 
Sensores 
In
te
rf
a
c
e
s
 
Arquiteturas 
Prof.: Paulo Roberto Costa Silva 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Arquitetura Monitoramento 
Variáveis 
Ações de Controle 
Manobras do Sistema 
Ocorrência de Eventos 
Atuações da Proteção 
•Tratamento dos Dados 
•Aplicação de Modelos Matemáticos 
•Aplicação de Inteligência Artificial 
•Geração e Validação das Informações 
Diagnósticos 
Prognósticos 
Gráficos e 
Tendências 
Relatórios e 
Históricos 
Entradas 
Saídas 
Processamento 
Ações 
Recomendadas 
Tomada de 
 Decisão 
Acionamentos 
Confirmação 
 da Resposta 
Respostas 
Arquiteturas 
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Sistema de Monitoramento de 
Equipamentos 
Arquitetura – Caso Real 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Exemplo – Caso Real 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas de Comunicações 
• Definição da rede de comunicação – Meio físico 
• Definição do protocolo 
• Definição da necessidade de redundância 
• Definição da capacidade de transmissão 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas de Comunicações - Simples 
Firewall 
Ethernet Port 
Servidor WEB 
Comunicação 
Aquisição de Dados 
Diagnósticos e Prognósticos 
Ethernet Port 
Sensores – CLP’s – IED’s 
Equipamento “1” 
Porta de Comunicação Porta de Comunicação Porta de Comunicação 
 Tipo de Cabo Tipo de Cabo Tipo de Cabo 
Tipo de Cabo ou 
Wireless 
Tipo de Cabo ou 
Wireless 
Terminais 
Rede do Cliente 
 
Rede do Sistema 
Computador 
Host 
Tipo de Rede e Protocolo 
Tipo de Rede e Protocolo 
Sensores – CLP’s – IED’s 
Equipamento “1” 
Sensores – CLP’s – IED’s 
Equipamento “1” 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Aquisição, tratamento e Armazenamento de Dados 
SIMULAÇÃO 
DIAGNÓSTICO E 
 PROGNÓSTICO 
SERVIDOR (WEB / TERMINAIS) 
BANCOS DE DADOS 
ARMAZENAMENTO 
AQUISIÇÃO DE DADOS COMUNICAÇÃO 
SENSORES 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas Especialistas 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas Especialistas 
Arquiteturas 
Prof.: Paulo Roberto Costa Silva 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas Especialistas 
Arquiteturas 
Prof.: Paulo Roberto Costa Silva 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas Especialistas 
Arquiteturas 
Prof.: Paulo Roberto Costa Silva 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas Especialistas 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas Especialistas 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas Especialistas 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas Especialistas 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas Especialistas 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Sistemas Especialistas 
Arquiteturas 
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Sistema de 
Monitoramento de 
Equipamentos 
Próxima Aula 
• Prova: 
• Unidades: 3, 5, 6 e 7 
• A Unidade 4 é o assunto do 2º TP – Não será exigida na prova 
• Sugestão: 
• Ver Fontes de Leitura na Ementa do Curso 
 
• Boa Noite! 
• Primeira prova.....................40 pontos = dia 17/03/2016 
• Trabalho prático 1ª parte.....10 pontos (Seminários e trabalhos extra-classe) = dia 17/05/2016 
• Segunda prova....................40 pontos = dia 02/06/2016 
• Trabalho prático 2ª parte.....10 pontos (Seminários e trabalhos extra-classe) = dia 14/06/2016 
• Prova de Reposição............40 pontos = dia 16/06/2016 
 
• Aprovação: Pontuação ≥ 60 pontos do total de 100 pontos 
• Frequência: ≥ 75% da carga horária 
CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica