Sistemas de Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica

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Sistemas de Transmissão e Distribuição 
de Energia Elétrica
AULA 1: Conceitos gerais sobre Geração, Transmissão e 
Distribuição de Energia
Profª Melinda
melinda@ufersa.edu.br
A energia elétrica
• A energia é fundamental para o desenvolvimento da 
sociedade moderna.
• É importante conhecer o sistema elétrico de energia, desde 
seu início até chegar aos consumidores finais.seu início até chegar aos consumidores finais.
O Sistema Elétrico de Energia
• Função: Fornecer energia elétrica aos usuários, grandes ou 
pequenos, com a qualidade adequada, no instante que for 
solicitada.
▫ Confiabilidade: representa a probabilidade do sistema como um ▫ Confiabilidade: representa a probabilidade do sistema como um 
todo realizar as funções requeridas por um dado período de 
tempo sem falhar. 
▫ Qualidade da energia é a condição de compatibilidade entre o 
sistema supridor e carga atendendo critérios de conformidade 
da ANEEL.
• Constituição: Geração – Transmissão – Distribuição.
O Sistema Elétrico de Energia
• Geração: Converte alguma forma de energia em 
energia elétrica.
• Transmissão: Responsável pelo transporte da • Transmissão: Responsável pelo transporte da 
energia elétrica dos centros de produção aos centros 
de consumo.
• Distribuição: Distribui a energia elétrica recebida 
do sistema de transmissão aos grandes, médios e 
pequenos consumidores.
Fig.1 – Sistema de energia 
(geração – distribuição)
Fig.1 – Sistema de energia 
(geração – distribuição)
Geração
• No Brasil a GERAÇÃO de energia elétrica é
aproximadamente 80% produzida a partir de
hidrelétricas, ~11% por termoelétricas e o restante
por outros processos.por outros processos.
• No sistema de geração, a tensão nominal usual é de
13,8 kV, podendo-se encontrar tensões desde 2,2 kV
até 22 kV.
Geração
• Na geração de energia elétrica uma tensão alternada é 
produzida.
• Essa onda senoidal propaga-se pelo sistema elétrico 
mantendo a freqüência constante e modificando a amplitude mantendo a freqüência constante e modificando a amplitude 
à medida que trafega pelos transformadores.
Transmissão
• A rede de transmissão liga as grandes usinas de 
geração às áreas de grande consumo. 
• As redes costumam ser extensas, pois as grandes 
usinas hidrelétricas geralmente estão situadas a 
distâncias consideráveis dos centros consumidores 
de energia.
Transmissão
• Sistemas Interligados
Transmissão
• Vantagens dos sistemas interligados:
▫ Aumento da estabilidade – sistema torna-se mais robusto podendo absorver
maiores impactos elétricos.
▫ Aumento da confiabilidade – permite a continuidade do serviço em
decorrência da falha ou manutenção de equipamento, ou ainda devido àsdecorrência da falha ou manutenção de equipamento, ou ainda devido às
alternativas de rotas para fluxo da energia.
▫ Aumento da disponibilidade do sistema – a operação integrada acresce a
disponibilidade de energia do parque gerador em relação ao que se teria se
cada empresa operasse suas usinas isoladamente.
▫ Mais econômico – permite a troca de reservas que pode resultar em economia
na capacidade de reservas dos sistemas - intercâmbio de energia. 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.
Transmissão
• Desvantagens dos sistemas interligados:
� Distúrbio em um sistema afeta os demais sistemas 
interligados.
� A operação e proteção tornam-se mais complexas.
Transmissão
• 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.
Transmissão
• As perdas por liberação de calor são proporcionais à 
resistência dos condutores e ao quadrado da intensidade da 
corrente que os percorre.
P = R*I2P = R*I2
• Dessa forma, existe a necessidade de transformadores que 
elevem a tensão gerada, de forma a diminuir a corrente e, 
conseqüentemente, as perdas.
• Tensões típicas: 138 kV a 765 kV.
Transmissão
• Toda a rede de distribuição depende
estreitamente dos transformadores, que elevam
a tensão e a reduzem.
▫ Solução de um problema econômico - reduz os▫ Solução de um problema econômico - reduz os
custos da transmissão a distância de energia;
▫ Melhoram a eficiência do processo – perdas;
Distribuição
• O sistema de distribuição de energia elétrica é parte do 
sistema elétrico situado entre o sistema de transmissão e a 
entrada de energia dos consumidores.
• As redes de distribuição, em geral, alimentam consumidores 
industriais de médio e pequeno porte, consumidores 
comerciais e de serviços e consumidores residenciais.
Distribuição
• Os níveis de tensão de distribuição são assim 
classificados, segundo o Prodist:
▫ Alta tensão de distribuição (AT): tensão entre fases 
cujo valor eficaz é igual ou superior a 69kV e inferior a cujo valor eficaz é igual ou superior a 69kV e inferior a 
230kV.
▫ Média tensão de distribuição (MT): tensão entre fases 
cujo valor eficaz é superior a 1kV e inferior a 69kV.
▫ Baixa tensão de distribuição (BT): tensão entre fases 
cujo valor eficaz é igual ou inferior a 1kV.
Distribuição
• A distribuição engloba
um elo, chamado
subtransmissão, que
recebe energia da rede de
transmissão com objetivotransmissão com objetivo
de transportar energia
elétrica a pequenas
cidades ou importantes
consumidores
industriais.
• A maioria desses
sistemas utiliza tensões
de 69 kV a 138 kV.
Diagrama unifilar de um sistema de 
distribuição.
Distribuição
• O sistema de distribuição pode ser dividido em 
componentes como:
▫ Sistema de Subtransmissão;▫ Sistema de Subtransmissão;
▫ Subestações de Distribuição;
▫ Sistema de Distribuição Primário (Alimentadores de 
Distribuição);
▫ Transformadores de Distribuição;
▫ Sistema de Distribuição Secundário.
Distribuição
• A rede BT (sistema de distribuição secundário) 
representa o nível final na estrutura de um sistema 
de distribuição, bem como do sistema de potência. 
• Um grande número de consumidores, setor 
residencial, é atendido pelas redes em BT.
Tensões Nominais Padronizadas de 
Baixa Tensão – Prodist Módulo 3
Rede Distribuição
Subestações de Energia Elétrica
• “Conjunto de instalações elétricas em média ou alta
tensão que agrupa os equipamentos, condutores e
acessórios, destinados à proteção, medição,
manobra e transformação de grandezas elétricas.”
[Prodist]
• As subestações (SE) são pontos de convergência,
entrada e saída, de linhas de transmissão ou
distribuição. Com freqüência, constituem uma
interface entre dois subsistemas.
Classificação das Subestações
A) Quanto à Função:
• SE de Manobra
▫ Permite manobrar partes do sistema, inserindo ou 
retirando-as de serviço, em um mesmo nível de retirando-as de serviço, em um mesmo nível de 
tensão.
• SE de Transformação
▫ SE Elevadora
� Localizadas na saída das usinas geradoras.
� Elevam a tensão para níveis de transmissão e sub-
transmissão (transporte econômico da energia).
Classificação das Subestações
▫ SE Abaixadora
� Localizadas na periferia das cidades.
� Diminuem os níveis de tensão evitando 
inconvenientes para a população como: rádio 
interferência e campos magnéticos intensos.interferência e campos magnéticos intensos.
• SE de Distribuição:
▫ Diminuem a tensão para o nível de distribuição 
primária.
▫ Podempertencer à concessionária ou a grandes 
consumidores.
Classificação das Subestações
• SE de Regulação de Tensão
▫ Através do emprego de equipamentos de 
compensação tais como reatores, capacitores, 
compensadores estáticos, etc.compensadores estáticos, etc.
Classificação das Subestações
B) Quanto ao Nível de Tensão:
▫ SE de Alta Tensão – tensão nominal abaixo de 230kV.
▫ SE de Extra Alta Tensão - tensão nominal acima de 
230kV.
C) Quanto ao Tipo de Instalação:
▫ Subestações Desabrigadas - construídas a céu aberto em 
locais amplos ao ar livre.
▫ Subestações Abrigadas - construídas em locais interiores 
abrigados.
Equipamentos - subestações e SEP
• Equipamentos de disjunção: disjuntores, religadores,
chaves.
• Equipamentos de transformação: transformadores de
potência, transformadores de instrumentos – transformador
de potencial e de corrente, e transformador de serviço.de potencial e de corrente, e transformador de serviço.
• Equipamentos de proteção: relés (primário, retaguarda e
auxiliar), fusíveis, pára-raios.
• Equipamentos de compensação: reatores, capacitores,
compensadores síncronos, compensadores estáticos.
Equipamentos - subestações e SEP
• Disjuntor
▫ Dispositivo de manobra e proteção que permite a
abertura ou fechamento de circuitos de potência
em quaisquer condições de operação, normal eem quaisquer condições de operação, normal e
anormal, manual ou automática. Os equipamentos
de manobra são dimensionados para suportar
correntes de carga e de curto-circuito nominais.
Equipamentos - subestações e SEP
O relé detecta a condição de 
anormalidade, usando para tanto 
os transformadores de 
instrumentos. O relé é ligado ao
secundário de um TC e o primário 
do TC conduz a corrente de linha 
Circuito de acionamento – disjuntor.
do TC conduz a corrente de linha 
da fase protegida. 
Quando a corrente de linha excede 
um valor pré ajustado, os contatos 
do relé são fechados. 
Neste instante a bobina de
abertura do disjuntor é energizada 
abrindo os contatos principais do 
disjuntor.
• Os disjuntores necessitam de um meio (óleo, SF6) para extinção do arco elétrico 
gerado pela interrupção da corrente do circuito primário.
Equipamentos - subestações e SEP
Religador:
▫ É um dispositivo interruptor auto-controlado com 
capacidade para:
▫ Detectar condições de sobrecorrente;
▫ Interromper o circuito se a sobrecorrente persiste por um ▫ Interromper o circuito se a sobrecorrente persiste por um 
tempo pré-especificado;
▫ Automaticamente religar para re-energizar a linha;
▫ Bloquear depois de completada a seqüência de operação 
para o qual foi programado.
• Um religador automaticamente religa após a abertura, 
restaurando a continuidade do circuito mediante faltas de 
natureza temporária ou interrompendo o circuito mediante 
falta permanente.
Equipamentos - subestações e SEP
Religador:
• Princípio de funcionamento:
▫ Quando detecta correntes de curto-circuito, o religador
abre seus contatos durante determinado tempo, chamado 
tempo de religamento, após o qual se fecham tempo de religamento, após o qual se fecham 
automaticamente para re-energização da linha. 
▫ Se, com o fechamento dos contatos, a corrente de falta 
persistir, a seqüência abertura/fechamento é repetida até 
três vezes consecutivas e, após a quarta abertura, os 
contatos ficam abertos e travados ou bloqueados.
▫ O novo fechamento só poderá ser manual.
Equipamentos - subestações e SEP
Seccionalizadores
• Os seccionalizadores automáticos são dispositivos projetados
para operar em conjunto com religadores, ou com disjuntor
comandado por relés de sobrecorrente dotados da função decomandado por relés de sobrecorrente dotados da função de
religamento.
• A cada vez que o religador interrompe a corrente de falta, o
seccionalizador conta a interrupção e, após um pré-
determinado número de interrupções (geralmente 3
interrupções), abre seus contatos antes da abertura definitiva
do religador. Desta forma, um trecho sob condições de falta
permanente é isolado, permanecendo o religador e os demais
trechos em operação normal.
Equipamentos - subestações e SEP
Operação Religador/Seccionalizador.
Equipamentos - subestações e SEP
Fusíveis
• A função principal dos fusíveis é operar mediante faltas
permanentes e isolar (seccionar) a seção faltosa da porção
sem defeito.
• Consiste em filamento ou lâmina de um metal ou liga
metálica de baixo ponto de fusão, intercalado em um ponto
determinado do circuito. E este se funde por efeito Joule
quando a intensidade de corrente elétrica aumenta em razão
de um curto-circuito ou sobrecarga.
• Os fusíveis são dispositivos de proteção amplamente
difundidos nas redes de distribuição, sendo relativamente
baratos e praticamente isentos de manutenção.
Equipamentos - subestações e SEP
Pára-Raios
• Pára-raios são utilizados na proteção contra
sobretensões promovidas por chaveamentos e
descargas atmosféricas no sistema.descargas atmosféricas no sistema.
• Para um dado valor de sobretensão, o pára-raios
(que antes funcionava como um isolador) passa a
ser condutor e descarrega parte da corrente para a
terra.
Equipamentos - subestações e SEP
Transformador de Corrente (TC) e Transformador de 
Potencial (TP)
• TC – Transformador que reproduz proporcionalmente
em seu circuito secundário, a corrente que percorre o
circuito primário. A dimensão da corrente no
em seu circuito secundário, a corrente que percorre o
circuito primário. A dimensão da corrente no
secundário deve ser adequada para ser usada por
medidores e relés (5 A).
• TP- Transformador que reproduz no secundário uma
tensão que é proporcional ao primário, de forma a obter
níveis de tensão reduzidos para utilização de medidores
e relés.
Equipamentos - subestações e SEP
Relés
• Os relés de proteção são dispositivos responsáveis pelo
gerenciamento e monitoramento das grandezas elétricas
(tensão e corrente) em um determinado circuito.(tensão e corrente) em um determinado circuito.
Associação entre relé e 
demais equipamentos de 
um SEP.
Equipamentos - subestações e SEP
• Os relés de proteção são considerados os mais importantes
componentes do sistema de proteção, uma vez que a decisão
lógica sobre a atuação em uma determinada região é feita por
estes equipamentos.
• O funcionamento dos relés depende diretamente dos
transformadores de instrumentação a estes associados, ou
seja, dos sinais fornecidos nos secundários dos TCs e TPs.
• A função principal de um relé de proteção é enviar um sinal 
de disparo (trip) para uma bobina de abertura dos 
disjuntores associados.
Tendências para o mercado de Energia 
Elétrica
• Geração distribuída: modelo de geração 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. integrado à rede elétrica. 
• Smart Grid: Aplicação de tecnologia da informação para o sistema 
elétrico de potência.
▫ Sistemas de comunicação que detectam informações sobre a operação 
e desempenho da rede.
▫ Interagir com o sistema de gestão do cliente em casa.
� Permitir a comunicação de mão dupla entre sua casa e a operadora, sensores ao 
longo de toda a rede, controle e automatização do consumo residencial são 
algumas das mudanças que ocorrerão.