Trabalho Qualid ener

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CONCEITOS UTILIZADOS EM QUALIDADE DE ENERGIA 
ANDERSON QUEIROZ DA SILVA¹*, GILMAR LESCHEWITZ¹, JOÃO PAULO VISSOTTO², MAURÍCIO BASSO3, RUAN WOLF4 
Resumo: O presente artigo tem por finalidade a apresentação sucinta de três tópicos. O primeiro tópico consiste em resumir 
os capítulos 1 e 2 de LEBORGNE, R. C. Uma contribuição à caracterização da sensibilidade de processos industriais 
frente a afundamentos de tensão. 2003. O resumo apresenta o conceito de afundamento de tensão, bem como as 
características e os principais causadores destes fenômenos. O segundo tópico aborda as vantagens e desvantagens que os 
tipos de sistemas de aterramento do Brasil apresentam em relação à corrente de falta e afundamento de tensão. Por fim, o 
terceiro tópico demonstra algumas características e dispositivos existentes na hidrelétrica de Itaipu e na subestação de 
Furnas, que colaboram na proteção do sistema de geração e transmissão, assim como na Qualidade de Energia brasileira. 
Palavras-chave: Tensão, falta, proteção, qualidade. 
1 AFUNDAMENTOS DE TENSÃO 
O afundamento de tensão pode ser causado por diversos 
fatores, devido a vasta extensão de linhas de transmissão e 
distribuição de energia elétrica. Existem duas formas de 
analisar estes distúrbios; a primeira pelo IEEE e a segunda 
pela IEC (LEBORGNE, R. C., 2003). 
A Norma IEEE 1159 (1995) monitora a qualidade de 
energia do sistema elétrico, indicando que o afundamento de 
tensão consiste em uma redução do valor eficaz para um 
valor entre 0.1 e 0.9pu. Conforme o tempo de duração, estes 
afundamentos podem ser classificados como instantâneos, 
momentâneos ou temporários. A IEC define os 
afundamentos de tensão como queda de 0.1 a 0.99pu da 
tensão eficaz do sistema. Quedas de tensões acima de 0.99pu 
são consideradas interrupções. 
As principais características de um afundamento de 
tensão monofásico são a amplitude e o tempo de duração, 
que juntamente com a frequência, fornece dados satisfatórios 
na análise destes fenômenos. Nos sistemas trifásicos deve-se 
levar em consideração a assimetria e o desequilíbrio do 
sistema. 
(LEBORGNE, R. C., 2003) cita como origem das quedas 
de tensão alguns eventos como a ligação de um motor de 
grande porte ou a conexão de um transformador no sistema. 
Contudo o principal fator que origina os afundamentos de 
tensão são as faltas na rede, devido a existência de milhares 
de linhas de transmissão e distribuição. As faltas em sistemas 
elétricos ocorrem principalmente em decorrência de 
descargas atmosféricas, sendo que os sistemas de 
distribuição sofrem mais, devido a inexistência de cabos 
guarda. Outros eventos que causam curto-circuito no sistema 
são as queimadas em plantações, vendavais, quedas de 
árvores, contaminação de isoladores, entre outros. 
As faltas temporárias são decorrentes de temporais e 
descargas atmosféricas, que em sua grande maioria não 
causam danos permanentes no sistema, sendo que o mesmo 
pode ser rapidamente reestabelecido através de religadores 
automáticos. Os defeitos permanentes em geral são causados 
por danos físicos nas redes, exigindo a presença de equipes 
de manutenção no local para resolver o problema. Portanto, 
a duração do afundamento de tensão é compreendida desde 
a ocorrência do defeito até o religamento do sistema. 
1.1 Natureza das Faltas 
Existem diversos tipos de faltas no sistema de 
transmissão, como: trifásica, trifásica à terra, bifásica, 
bifásica à terra e fase-terra. As faltas trifásicas e trifásicas à 
terra são faltas causam um afundamento de tensão simétrico, 
trazendo danos mais severos ao sistema. Contudo são os 
tipos de faltas mais raros. Os demais tipos de faltas são mais 
comuns, sendo que a falta fase-terra é a mais ocorrente nas 
redes de transmissão e distribuição. 
A Tabela 1 indica as estatísticas das taxas e tipos de faltas 
que ocorrem no Brasil (LEBORGNE, R. C., 2003). 
1.2 Localização da Falta 
A localização da falta em redes de energia é de grande 
importância, possuindo impacto direto nos consumidores. 
Uma falta em um sistema de transmissão ou subtransmissão 
tende a afetar maior quantidade de consumidores que no 
sistema de distribuição. A Fig. 1 indica que uma falta no 
ponto A abrange uma área de impacto maior que no ponto B. 
1.3 Impedância de Falta e Tensão de Pré-Falta 
Em sua grande maioria, um curto circuito possui uma 
resistência de falta que deve ser considerado como a 
resistência do arco elétrico entre o condutor e a terra em 
faltas fase-terra, entre dois ou mais cabos no caso de faltas 
entre fases ou resistência de contato e de pé-de-torre. 
Normalmente em cálculos de faltas o valor da tensão de 
pré-falta é fixado em 1pu. Contudo em condições normais, 
as concessionárias variam a tensão de 0.95 a 1.05pu. 
Portanto é necessário observar a tensão exata do sistema para 
que as proteções possam atuar de acordo com a sensibilidade 
das cargas. 
Diversos fatores influenciam nas características do 
afundamento de tensão. As características da proteção 
utilizada também determinam se a tensão terá uma grande 
variação em ocorrências de curto circuito. Os 
transformadores influenciam também na forma com que a 
carga vê o afundamento de tensão, sendo que alguns modelos 
possuem enrolamentos de compensação. A conexão destes 
transformadores e da própria carga também modificam a 
tensão na ocorrência de faltas. 
SILVA, et al. Conceitos utilizados em Qualidade de Energia. 
 
 
2 TIPOS DE SISTEMAS DE ATERRAMENTO 
O aterramento em sistemas de transmissão e distribuição 
minimizam os estresses térmicos e de tensão, garantindo 
maior segurança para as equipes de manutenção, ao passo 
que elimina de forma rápida as faltas das redes. Os principais 
tipos de aterramentos segundo a SEL 6123 (SCHWEITZER 
ENGINEERING LABORATORIES, 2001), são listados 
abaixo: 
 Sistema não aterrado ou com neutro isolado; 
 Aterramento sólido ou efetivo; 
 Aterramento de baixa impedância; 
 Aterramento de alta impedância; 
 Aterramento ressonante. 
2.1 Sistema não aterrado ou com neutro isolado 
Como é visto na Fig. 2, o sistema é conectado à terra por 
meio de capacitores em cada fase. Em casos de faltas fase-
terra, a tensão do neutro é deslocada, porém o triângulo de 
tensões entre fases permanece intacto. 
2.2 Aterramento Sólido ou Efetivo 
Os sistemas solidamente aterrados possuem todos os 
neutros do sistema aterrados, sem impedância intencional 
entre o neutro e a terra. Esse sistema pode ser uniaterrado ou 
multiaterrado. Nos sistemas uniaterrados são caracterizados 
pela existência de três fios com as cargas conectadas entre as 
fases como na Fig. 3, ou com quatro fios com neutro isolado 
e as cargas ligadas entre fase-neutro, conforme ilustrado na 
Fig. 4. 
Em sistemas multiaterrados, além do cabo neutro, os 
transformadores ao longo do sistema também são aterrados 
conforme mostrado na Fig. 5. Uma das vantagens deste 
sistema é que em caso de desbalanço de cargas, as correntes 
são divididas entre o neutro e a terra. Contudo as detecções 
das faltas à terra tornam-se mais difíceis. 
O aterramento sólido reduz o risco de sobretensões na 
ocorrência de faltas à terra. Assim como no Brasil, este 
sistema é utilizado ao redor do mundo, sendo que o 
uniaterrado predomina na Grã-Bretanha e o multiaterrado na 
América do Norte, Austrália e América Latina. 
2.3 Aterramento de baixa impedância 
Este sistema efetua o aterramento por meio de um reator 
ou resistor de baixa impedância, limitando a corrente de falta 
à terra, reduzindo o stress térmico dos equipamentos. A 
França utiliza este sistema em alguns locais, limitando em 
ambientes rurais a correnteentre 150 e 300A, e em locais 
urbanos até 1000A. 
2.4 Aterramento de alta impedância 
Este método limita a corrente de falta à terra em no 
máximo 25A. Em geral a alta impedância pode ser aplicada 
em geradores ou em sistemas de media tensão de usinas 
industriais. 
2.5 Aterramento ressonante 
O sistema é aterrado por meio de um reator de alta 
impedância, perfeitamente sintonizado com a capacitância 
fase-terra total do sistema, conforme a Fig. 6. Quando a 
capacitância do sistema for igualada pela indutância da 
bobina, o sistema será totalmente compensado. 
Este tipo de aterramento pode reduzir a corrente de falta 
em até 3% de um sistema não aterrado. Os métodos de 
compensação da corrente residual injetam uma corrente no 
sistema por meio do reator, reduzindo a corrente na falta a 
quase zero. 
3 VISITA TÉCNICA PARA ITAIPU E FURNAS 
3.1 Visita técnica na Usina Itaipu localizada em Foz do 
Iguaçu PR em 15/03/18 
Com o lema “Água, tecnologia, gravidade e energia”, a 
Usina de Itaipu teve o início das tratativas para sua 
construção no ano de 1961 entre o Brasil e o Paraguai. Em 
1973 foi assinado o tratado entre os dois países com a 
iniciando dessa forma a construção do complexo de geração 
de energia elétrica Itaipu (pedra que canta), consolidando a 
parceria entre os dois países latino americanos com um 
investimento no empreendimento na casa dos 12 bilhões de 
reais. 
Em 1984 entrou em funcionamento e geração o primeiro 
dos 20 geradores existentes na Usina Itaipu. Hoje com 
capacidade instalada para gerar 14.000 MWH, dos quais 
50% pertencem para o Brasil e os outros 50% pertencem ao 
Paraguai. 
Da energia gerada 85% é consumida pelo Brasil, o que 
corresponde a 17% da sua demanda, os outros 15 % da 
energia total, são consumidos pelo Paraguai correspondendo 
a 85% da sua demanda total. 
O reservatório hídrico conta com 1350 km² de área de 
lâmina de água, abastecendo os dutos forçados dos 20 
geradores com capacidade de gerar 14.000 MWH de energia 
elétrica, sendo 50% dela em frequência de 50hz (Energia 
elétrica pertencente ao Paraguai) e 50% na frequência de 
60hz (Energia elétrica pertencente ao Brasil). 
Com demanda superior à do Paraguai, o Brasil compra 
grande parte da Energia elétrica pertencente ao Paraguai. A 
Fig. 7 mostra como funciona o sistema de transmissão da 
energia elétrica que segue para o lado paraguaio. Na 
subestação, parte da energia é utilizada no país e a outra parte 
segue para Furnas, passando pelo processo de conversão e 
transmissão. 
Atualmente 60% da energia gerada pela usina é destinado 
para a amortização do financiamento que deu origem ao 
investimento de sua construção o qual encerra-se em 2023. 
A usina Itaipu além de programas sociais, educacionais e 
ambientais muito bem estruturados ao longo de sua história, 
conta também com medidas de segurança, proteção e 
qualidade do sistema dentre os quais podemos destacar: 
 Delimitação de perímetro de segurança da barragem, 
reservatório e complexo de geração; 
 Sistema de monitoramento da qualidade da água do 
reservatório; 
 Sistema de comportas para vertedouros com capacidade 
de vazão 40 vezes a vazão normal do reservatório 
SILVA, et al. Conceitos utilizados em Qualidade de Energia. 
 
 
 Sistema indicador de necessidade de manutenção nos 
equipamentos de geração; 
 Sistema de proteção contra descargas atmosféricas 
 Sala de controle e monitoramento da qualidade e 
quantidade de energia gerada, interligada ao Sistema 
Nacional (SIN); 
 Dispositivos gerais de proteção do sistema como chaves 
seccionadoras, fusíveis, relés, disjuntores necessários 
tanto para manutenção como para proteção e 
coordenação do sistema; 
3.2 Visita técnica na Subestação de Furnas (Foz), 
localizada em Foz do Iguaçu PR em 15/03/18 
Sendo uma das principais subestações do Brasil, Furnas 
Foz é responsável pela transmissão de toda a energia gerada 
na usina Itaipu consumida no Brasil. 
Conta em sua estrutura com uma Planta Elevadora de 
Tensão 500kv/750kv CA, em 60 Hz e uma Planta de 
Conversão CA/CC com dois sistemas Bipolos tendo como 
saída +- 600 kV com 50 Hz de frequência. 
De acordo com os profissionais técnicos de Furnas, na 
transmissão até 750 Km, o sistema AC é mais viável por 
questões técnicas, no entanto para transmissões acima disso 
a utilização do modo CC é melhor, em razão disso que se 
optou pela conversão CA para CC na transmissão da energia 
de Furnas (Foz) até a Subestação de Ibiúna em São Paulo a 
qual fica localizada a 830 k m de Furnas. 
3.2.1 Medidas para Proteção do Sistema Operacional e 
Qualidade da energia transmitida pela Subestação de Furnas 
Foz 
Para unidade elevadora de tensão: 
 Chaves Seccionadoras; 
 Disjuntores; 
 Sistema de proteção contra descargas atmosféricas (para 
raios e sistema de aterramento); 
 Transformadores de Corrente e de Potência com 
capacitores; 
 Transformadores Elevadores de tensão; 
 Reator de alisamento que atua nas harmônicas ímpares 
do sistema AC; 
Para unidade de conversão CA/CC: 
 Autotransformadores; 
 Chaves Seccionadoras; 
 Disjuntores; 
 Divisor capacitivo com filtro de onda; 
 Sistema de proteção contra descargas atmosféricas (para 
raios e sistema de aterramento); 
 Sistema chaveador de frequência; 
 Conjunto de Válvulas para conversão CA/CC com 
entrada de 500 kV em CA e saída em +-600kv CC, 
contendo neste conjunto um montante de quatro 
válvulas equipadas cada uma delas com 96 tiristores; 
 Conjunto de Válvulas para conversão CA/CC com 
entrada de 500 kV em CA e saída em +-300kv CC; 
 Eletrodo com haste de aterramento e carvão especial, o 
qual serve para quando o circuito estiver 
desequilibrado, fazendo com que a corrente escoe para 
o eletrodo trazendo equilíbrio entre os polos. Caso o 
eletrodo não esteja operando, os dois polos da rede são 
perdidos; 
 Reator de Alisamento, que atua nas harmônicas pares do 
sistema CC; 
 Transformadores de Corrente; 
 Transformadores de Potência; 
Quando se trata de Disjuntores, de acordo com os 
profissionais de Furnas Foz, devemos observar dois 
principalmente dois aspectos, a forma de extinção do arco 
voltaico e o mecanismo de acionamento como forma de 
prevenir problemas e manutenção futura 
Quanto aos autotransformadores podemos observar a 
importância de se utilizar equipamentos provenientes de 
fabricantes renomados evitando assim o excesso de 
manutenção dos mesmos sendo o vazamento de óleo um dos 
principais problemas enfrentados quando o assunto é 
autotransformadores. 
4 CONCLUSÕES 
Este artigo apresentou diversos conceitos envolvendo 
Qualidade de Energia, por meio de uma breve explicação 
sobre afundamentos de tensão e sobre os diversos tipos de 
aterramento e suas características. A visita técnica descrita 
acima ressalta a importância de levar ao consumidor final 
uma energia elétrica confiável e de qualidade. 
REFERÊNCIAS 
SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES. SEL 6123. Análise 
dos métodos de proteção contra faltas à terra nos sistemas de 
distribuição aterrados, não aterrados e compensados. Pullman, WA, 
2001. 
LEBORGNE, R. C. Uma contribuição à caracterização da sensibilidade de 
processos industriais frente a afundamentos de tensão. 2003. 
Dissertação (Mestrado em Ciências em Engenharia Elétrica) 
Coordenação de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Universidade 
Federal de Itajubá, Itajubá. 
 
SILVA, et al. Conceitos utilizados em Qualidade de Energia. 
 
 
APÊNDICE A 
Tabela 1. Taxa de ocorrência das diferentes faltas em Transmissão 
(LEBORGNE, R. C., 2003). 
Nível de Tensão FT FF e FFT FFF e FFFT 
500kV 92,24%5,04% 0,72% 
345kV 92,65% 7,35% 0% 
230kV 79,65% 18,18% 2,27% 
 
 
Fig. 1. Área de influência da Localização da falta (LEBORGNE, R. C., 
2003). 
 
Fig. 2. Aterramento com Neutro Isolado (SEL, 2001). 
 
Fig. 3. Aterramento Sólido uniaterrado a três fios (SEL, 2001). 
 
Fig. 4. Sistema Uniaterrado a Quatro Fios (SEL, 2001). 
 
Fig. 5. Aterramento Sólido Multiaterrado (SEL, 2001). 
 
Fig. 6. Aterramento ressonante de compensação (SEL, 2001). 
 
Fig. 7. Sistema transmissão de energia gerada em Itaipu. 
.
 
	1 Afundamentos de Tensão
	1.1 Natureza das Faltas
	1.2 Localização da Falta
	1.3 Impedância de Falta e Tensão de Pré-Falta
	2 Tipos de sistemas de aterramento
	2.1 Sistema não aterrado ou com neutro isolado
	2.2 Aterramento Sólido ou Efetivo
	2.3 Aterramento de baixa impedância
	2.4 Aterramento de alta impedância
	2.5 Aterramento ressonante
	3 Visita Técnica para Itaipu e Furnas
	3.1 Visita técnica na Usina Itaipu localizada em Foz do Iguaçu PR em 15/03/18
	3.2 Visita técnica na Subestação de Furnas (Foz), localizada em Foz do Iguaçu PR em 15/03/18
	3.2.1 Medidas para Proteção do Sistema Operacional e Qualidade da energia transmitida pela Subestação de Furnas Foz
	4 Conclusões
	Referências
	Apêndice A