Aula-2-Fundamentos-de-Sistemas-de-Energia-Elétrica - 2014.1

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Graduação em Engenharia Civil 
ELETROTÉCNICA (ENE078) 
PROF. RICARDO MOTA HENRIQUES 
E-mail: ricardo.henriques@ufjf.edu.br 
 
Aula Número: 02 
UNIVERSIDADE FEDERAL 
DE JUIZ DE FORA 
Curso de “Eletrotécnica” – Aula Número: 02 – PROF. RICARDO MOTA HENRIQUES 
Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• Quais são as ênfases hoje existentes em Engenharia Elétrica 
2 
 
Engenharia Elétrica 
 
 
Telecom 
 
 
Robótica 
 
 
 
SEP 
Sistemas Elétricos 
de Potência 
 
 
Energia 
 
 
Eletrônica 
 
 
Instalações elétricas 
 
Eletrotécnica 
(ENG.CIVIL) 
 
Curso de “Eletrotécnica” – Aula Número: 02 – PROF. RICARDO MOTA HENRIQUES 
Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• Sistema de Energia Elétrica 
 É o conjunto de equipamentos responsáveis por produzir, transmitir e distribuir 
energia elétrica. 
 
3 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• Sistema de Energia Elétrica nos dias de hoje: 
 Trifásicos 
 Corrente Alternada (os primeiros sistemas foram em corrente contínua) 
 Frequência: 50 ou 60 Hz 
 Interligados 
 
 
4 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• Fontes de Energia 
 
5 
Energia Nuclear 
Derivados do 
Petróleo 
Carvão 
Gás Natural 
Águas 
Ventos 
Solar 
Biomassa 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• Como são os sistemas elétricos de potência (SEP)? 
 
 
 
• Estrutura genérica: 
 Geradores 
 Transformadores elevadores/abaixadores (nível de tensão) 
 Linhas de transmissão 
 Alimentadores de distribuição 
 Transformadores abaixadores (rede primária / rede secundária) 
 Cargas (industriais, comerciais e residenciais) 
6 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• GERADORES 
 
 
 
• Transformam a energia mecânica em energia elétrica 
• Injetam a potência elétrica gerada na rede de transmissão, pois estão 
muitas vezes afastados do centro de carga 
• Fontes primárias: 
 Água (aproveitamento do curso dos rios) 
 Térmica (carvão, gás, nuclear, óleo, bagaço de cana, entre outras) 
 Eólica e Solar (não convencionais, alternativas) 7 
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• GERADORES – Sistema Elétrico Brasileiro 
 Sistema hidrotérmico com predominância de geração hidrelétrica 
8 
Sistema Elétrico 
Brasileiro (SEB) 
Próximos dos centros de consumo 
Normalmente 
Afastados dos 
centros de consumo 
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• GERADORES – Usinas Hidroelétricas (UHE) 
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Principio básico de funcionamento: 
A energia potencial da água gira a turbina 
que por sua vez gira a máquina elétrica e, 
então, gera a energia elétrica. 
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• GERADORES – Usinas Termoelétricas (UTE) - Convencional 
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Principio básico de funcionamento: 
A água é aquecida por uma fonte térmica e 
o vapor produz energia mecânica através 
de uma turbina, que está ligada a um 
gerador elétrico 
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• GERADORES – Usinas Termoelétricas (UTE) - Gás 
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Principio básico de funcionamento: 
A gás, juntamente com o ar, é comprimido, passa por um processo 
de combustão, que gera uma rápida expansão da mistura, e passa 
pela turbina, gerando energia mecânica. Esta turbina está conectada 
mecanicamente ao gerador elétrico, que produz a energia. 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• GERADORES – Usinas Termoelétricas (UTE) – Ciclo Combinado 
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Principio básico de funcionamento: 
A gás, juntamente com o ar, é comprimido, passa por 
um processo de combustão, que gera uma rápida 
expansão da mistura, e passa por uma turbina a gás, 
gerando energia mecânica. Esta turbina está 
conectada mecanicamente ao gerador elétrico #1, 
que produz a energia. 
Os gases da turbina a gás entram em um 
boiler e geram vapor. Este vapor passa por 
uma turbina a vapor, que está conectado 
ao gerador elétrico #2, que também produz 
energia. 
 
UTE Gás + UTE Convencional = Ciclo 
combinado 
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• GERADORES – Usinas Termoelétricas Nucleares (UNE) 
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Principio básico de funcionamento: 
A energia proveniente da fissão nuclear do U235 aquece a água que circula no interior do reator. 
Esta fissão nuclear do U235 é uma reação ao bombardeamento de nêutrons ou outras partículas. 
O vapor d’água com alta pressão faz girar a turbina gerando energia elétrica. 
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• GERADORES – Capacidade Instalada (Brasil x Mundo) 
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UTE
68%
Outras
2%
UNE
10%
UHE
20%
Outras
7%
UNE
2%
UTE
15%
UHE
76%
Mundo 
Brasil 
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• GERADORES – Oferta de Eletricidade (Brasil x Mundo) 
 Dados de 2005, em MW 
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 Térmica Hidro Nuclear Outras Total 
EUA 757,053 77,541 99,988 22,092 956,673 
Canadá 35,088 70,680 12,805 1,709 120,282 
Brasil 13,809 68,999 2,007 5,918 90,733 
França 27,755 20,984 63,363 0,617 112,719 
Noruega 0,118 26,088 0 0,319 26,525 
Reino Unido 61,991 1,504 11,852 2,750 78,097 
Suécia 7,637 16,302 9,471 0,454 33,864 
Rússia 148,316 45,531 23,242 0,069 217,158 
África 82,829 21,636 1,800 0,279 106,543 
Japão 177,472 22,048 47,122 1,304 247,946 
China 329,483 105,242 6,836 0,820 442,380 
Total 2.652,269 761,863 374,195 83,624 3.871,952 
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• GERADORES – Oferta de Eletricidade (Brasil x Mundo) 
 
16 
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
EU
A
Ca
na
dá
Ch
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Bra
sil
Rú
ss
ia
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Térmica Hidroelétrica Nuclear Outras
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• GERADORES 
 
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• GERADORES 
 
18 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• GERADORES 
 
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• TRANSMISSÃO 
 
 
 
20 
Linhas de 
Transmissão 
Transformadores de 
Potência 
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• TRANSMISSÃO 
 
 
 
• Por razões econômicas (minimização de perdas), a transmissão énormalmente efetuada em tensão elevadas (de 138 kV a 765 kV) 
• Devido a limitações físicas e de isolamento elétrico, os geradores não 
podem operar nesses níveis de tensão (de 10 kV a 30 kV) 
• A rede de transmissão se conecta à geração e a distribuição através dos 
transformadores 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• TRANSMISSÃO 
 
 
 
 
 
 
• O Brasil possui uma das maiores redes de transmissão, sendo pioneiro em 
projetos de extra alta tensão (ITAIPU – década de 80) 
• Além dos projetos em CA, o sistema de transmissão brasileiro possui 
projetos de transmissão em CC. 
 
 
 
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• TRANSMISSÃO (Desafio Continental) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
4 000 km 4 000 km 
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• TRANSMISSÃO 
 Horizonte 2013 
no Brasil 
 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• TRANSMISSÃO 
 Projetos em 
andamento no Brasil 
 
25 
Manaus 
Brasília 
São Paulo 
Porto Alegre 
Curitiba 
Fortaleza 
Salvador 
Rio de Janeiro 
Recife 
Porto Velho 
C.Grande 
Cuiabá 
UHEs 
Jirau e St.Antônio 
UHE 
Belo Monte 
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• TRANSFORMADORES (Trafos) 
 
 
 
• Têm por finalidade transformar a potência gerada (P) dos níveis de tensão 
(V) de geração para os níveis de tensão de transmissão, com a 
consequente redução dos níveis de corrente (I) e, portanto, das perdas de 
transmissão (perdas ôhmicas) – transformadores elevadores 
• Por razões práticas, a potência entregue aos centros de carga 
(distribuição) não pode ser consumida nos níveis de tensão da 
transmissão. São utilizados os transformadores abaixadores 
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Circuito puramente 
resistivo: P = VI 
Se P é constante, 
>V <I 
<V >I 
 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• TRANSFORMADORES (Trafos) 
 
 
 
• Ao reduzir a tensão na distribuição para a entrega da potência aos 
consumidores, há novamente a elevação da corrente. Isto é aceitável, pois 
ocorre bem próximo as cargas (menos perdas ôhmicas) 
• A facilidade de alterar os níveis de tensão através de transformadores é 
possivelmente o maior atrativo dos sistemas em corrente alternada, e isso 
justifica a sua ampla utilização 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• DISTRIBUIÇÃO 
 
 
 
• São as redes com nível de tensão abaixo da transmissão (< 34 kV) e que 
podem ser subdividas basicamente em duas redes: primária e secundária 
• Rede primária: atendem a consumidores industriais ou comerciais, e levam 
a energia até os transformadores abaixadores da distribuição, que vão 
alimentar posteriormente os consumidores residenciais 
• Rede secundária: com tensão abaixo de 220 V, fornecida pelos 
transformadores da distribuição, atendem aos consumidores residenciais. 
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• DISTRIBUIÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
• SISTEMA : linhas primária e secundária, ligados a transformadores de 
distribuição abaixadores, que conectam aos consumidores finais ou, 
simplesmente, CARGAS. 29 
Linhas de 
Distribuição 
Transformadores de 
Distribuição 
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• CARGA 
 
 
 
• São os consumidores finais. 
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Características do Sistema Elétrico Brasileiro 
31 
Jacui 
Porto Alegre 
Florianópolis 
Curitiba 
São Paulo 
Rio de Janeiro 
Paraíba 
do Sul 
Uruguai 
Vitória 
Belo 
Horizonte 
Itaipu 
Grande 
Paranaíba 
Paraná/Tietê 
Campo Grande 
Iguaçu 
Tocantins 
Belém 
São Francisco 
Parnaíba 
São Luís 
Teresina 
Fortaleza 
Natal 
Recife 
Maceió 
Aracajú 
Salvador 
Cuiabá 
Goiânia 
Brasília 
Paranapanema 
Argentina 
Cap. Instalada = 88 533 MW 
• Hidroelétrica = 68 896 MW – 77.8 % 
• Térmica = 17 630 MW – 19.9 % 
• Nuclear = 2 007 MW – 2.3 % 
 Unid. consum. = 54.9 milhões 
 Produção = 398.3 TWh/ano 
Demanda máx. = 60 918 MW 
 LT – Rede básica = 84 129 km 
Fonte: MME/ANEEL (Maio/2005) 
 Geração 85% Setor público 
 15% Setor privado 
 Transmissão 26 conces. (15 privadas) 
 Distribuição 64 concessões 
 80% setor privado 
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Sistema Interligado Nacional - SIN 
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Curso de “Eletrotécnica” – Aula Número: 02 – PROF. RICARDO MOTA HENRIQUES 
A Estrutura Institucional do SEB 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
• Engenharia Civil 
 Inserido dentro do contexto dos 
consumidores finais 
 Obter capacitação para 
compreender os aspectos básicos 
de uma instalação elétrica 
 Atuar no contexto Instalações 
Elétricas Residenciais, 
Comerciais e Industriais 
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Fundamentos de Sistemas de Energia Elétrica 
Alguma dúvida? 
ricardo.henriques@ufjf.edu.br 
Sala 4272, próximo ao RU 
Horário preferencial: 
2ª e 4ª Feira - manhã 
35