UND_1_-_SEE_-_Conceitos_Basicos (1)

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INSTITUTO DE ESTUDOS SUPERIORES DA AMAZÔNIA
Prof. Max Trindade
max@prof.iesam-pa.edu.br
UND I – Conceitos Básicos
ANÁLISE DE SISTEMAS DE ENERGIA
Definição: 
Um Sistema de Energia Elétrica ou Sistema de Potência é um conjunto de equipamentos coordenados para gerar, transmitir e fornecer energia elétrica aos consumidores:
Comerciais;
Industriais;
Urbanos e Residenciais.
- Tais sistemas priorizam a qualidade e a continuidade do fornecimento de energia elétrica.
- Estes sistemas serão tratados nesta disciplina por Sistemas de Energia.
1.1 Sistemas de Energia Elétrica
1.1.1 - Etapas do Sistema de Energia
Geração;
1.1 Sistemas de Energia Elétrica
Total no Brasil = 122.343.442 kW (fonte ANEEL)
1.1 Sistemas de Energia Elétrica
b) Subestação Elevadora;
1.1 Sistemas de Energia Elétrica
As subestações elevadoras permitem o aumento da tensão gerada. Visando diminuir a corrente e conseqüentemente a espessura dos condutores e as perdas. Esta atividade é comumente utilizada para facilitar o transporte da energia, diminuição das perdas do sistema e melhorias no processo de isolamento dos condutores.
c) Transmissão;
1.1 Sistemas de Energia Elétrica
Transmissão de energia elétrica é o processo de transportar energia entre dois pontos. O transporte é realizado por linhas de transmissão de alta potência. 
d) Subestação Rebaixadora (ou abaixadora);
1.1 Sistemas de Energia Elétrica
e) Distribuição.
 A rede de distribuição de energia elétrica é um segmento do sistema elétrico, composto pelas redes elétricas primárias ( redes de distribuição de média tensão), e redes secundárias ( redes de distribuição de baixa tensão) , cuja construção, manutenção e operação é responsabilidade das companhias distribuidoras de eletricidade.
1.1 Sistemas de Energia Elétrica
As subestação são etapas de transição entre as três principais etapas dos sistemas de energia.
1.1.1 - Etapas do Sistema de Energia
1.1 Sistemas de Energia Elétrica
Década de 80:
 Sistema Isolado;
 Energia consumida a partir de uma única Usina;
 Energia transportada diretamente para um centro consumidor.
1.2 Sistemas de Energia Interligados
Estrutura de um Sistema Isolado.
1.2 Sistemas de Energia Interligados
Atualmente
Sistema Interligado:
 Necessidade de grandes “blocos” de energia;
 Maior confiabilidade;
 Sistema Interligado Nacional (SIN).
1.2 Sistemas de Energia Interligados
SIN
 Com tamanho e características que permitem considerá-lo único em âmbito mundial, o sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil é um sistema hidrotérmico de grande porte, com forte predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários. O Sistema Interligado Nacional é formado pelas empresas das regiões Sul, Sudeste, Centro-Oeste, Nordeste e parte da região Norte. Apenas 3,4% da capacidade de produção de eletricidade do país encontra-se fora do SIN, em pequenos sistemas isolados localizados principalmente na região amazônica.
Fonte: ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico)
1.2 Sistemas de Energia Interligados
Sistema Interligado Nacional (SIN)
1.2 Sistemas de Energia Interligados
O SIN apresenta duas principais desvantagens:
 Maior complexidade de operação e planejamento;
 Altas possibilidades de propagação de perturbações localizadas.
Porém as seguintes vantagens se destacam:
 Maior número de unidades geradoras;
 Necessidade de menor capacidade de reserva para as emergências;
 Possibilidade de intercâmbio de energia entre regiões de diferentes sazonalidades.
Atualmente existe dois grandes sistemas interligados no Brasil
 O sistema da região Sul/Sudeste/Centro-oeste e
 O sistema da região Norte/Nordeste.
1.2 Sistemas de Energia Interligados
A filosofia básica dessa interligação é:
Produzir o máximo de energia no sistema Norte/Nordeste durante o período de cheias dessa região;
A energia excedente gerada é exportada para a região Sudeste.
Nos períodos secos da região Norte e Nordeste o fluxo é invertido.
A garantia de fornecimento da energia elétrica pode ser aumentada de duas formas principais:
 - Melhorando o projeto, para prever uma margem de capacidade de reserva de energia e
 - Planejando circuitos alternativos para o suprimento.
1.2 Sistemas de Energia Interligados
O gerenciamento de um sistema de energia deve cobrir eventos com intervalos de tempo extremamente diversificados: de vários anos, para planejamentos, até microssegundos, para transitórios ultra-rápidos.
 Os eventos rápidos são controlados localmente;
 Os eventos longos são controlados por centros de controle.
1.3 Análise de Sistemas de Energia
As estratégias de expansão e operação de um sistema elétrico são organizadas da seguinte maneira:
Planejamentos de Recursos e Equipamentos:
Planejamento da geração - 20 anos;
Planejamento da transmissão e distribuição - 5 a 15 anos.
Planejamento de Operação:
Programação da geração e manutenção: 2 a 5 anos.
Operação em Tempo Real:
Planejamento da geração: 8 horas a 1 semana;
Despacho: continuamente;
Proteção automática: fração de segundos.
1.3 Análise de Sistemas de Energia
Sob o ponto de vista da operação e do planejamento o comportamento de um sistema elétrico deve ser:
Acompanhado de forma sistemática, de maneira programada e padronizada
Criteriosamente representado através de uma modelagem adequada ao tipo de estudo a ser realizado.
Esse acompanhemento possibilita:
Manter um histórico permenentemente atualizado do sistema;
Analisar o comportamento do sistema frente a contingências e alterações;
Diagnosticar e prever efeitos de medidas a serem aplicadas e
Planejar ampliação e alterações de configuração;
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.1 - Diagrama Unifilar de um Sistema de Potência
O sistema elétrico opera, normalmente equilibrado, assim se torna possível representa-lo por um diagrama unifilar, no qual:
Os elementos do sistema são representados por simbologias e
A linha de transmissão trifásica é substituída por um único traço 
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.1 - Diagrama Unifilar de um Sistema de Potência
Com esse diagrama é claramente observado:
A topologia (configuração física) e 
Os dados significativos do sistema.
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.2 - Representação Por Fase
A representação por fase de um sistema equilibrado é feita por uma única fase desse sistema na configuração Y equivalente, em que cada elamento é representado pelo seu circuito equivalente por fase.
O circuito equivalente por fase dos principais elementos do sistema de energia são:
Gerador Síncrono
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.2 - Representação Por Fase
Transformador
R1 e R2 são as resistências dos enrrolamentos primários e secundários
X1 e X2 são as reatâncias equivalentes, que representam os fluxos dispersos nas bobinas do transformador.
Xm é a reatância equivalente de magnetização, que representa o fluxo resultante no núcleo, necessário à operação normal do transformador.
Rf é a resistência elétrica equivalente que representa as perdas por histerese e correntes parasitas no núcleo.
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.2 - Representação Por Fase
Transformador
Circuito simplificado Desprezando:
As corrente de Derivação (magnetização) e
Os elementos estáticos (Resistências)
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.2 - Representação Por Fase
Linhas de Transmissão (TL) Curta: 
Tensão de Linha (VL)
Comprimento Máximo
VL < 150kV
80 km
150kV ≤ VL < 400kV
40 km
VL ≥ 400kV
20 km
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.2 - Representação Por Fase
Linhas de Transmissão (LT) Média:
Modelo π 
Modelo T
Y é a admitância total da linha de transmissão
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.2 - Representação Por Fase
Linhas de Transmissão (LT) Média:
Tensão de Linha (VL)
Comprimento Máximo (L)
VL < 150kV
80
km ≤ L ≤ 200 km
150kV ≤ VL < 400kV
40 km ≤ L ≤ 200 km
VL ≥ 400kV
20 km ≤ L ≤ 100 km
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.2 - Representação Por Fase
Linhas de Transmissão (LT) Longa:
Possui representação mais complexa, mas pode-se aplicar o medelo π idêntico as LT’s médias, se considerarmos as seguintes simplificações:
Em que:
l é o comprimento da linha de transmissão
γ é a constante de propagação, dado por
Com y sendo a admitância shunt por unidade de comprimento e z a impedância série por unidade de comprimento.
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.2 - Representação Por Fase
Para simplificar a linha de transmissão em um modelo geral representa-es elas como se fossem LT’s curtas.
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.2 - Representação Por Fase
Cargas
1.4 Representação de um Sistema de Potência
1.4.2 - Diagrama de Impedância
Com os modelos dos elementos do sistema de energia definidos, monta-se o diagrama de impedâncias.
1.4 Representação de um Sistema de Potência
Exercício 3
Monte o Diagrama de Impedâncias do Sistema abaixo.
1.4 Representação de um Sistema de Potência