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Sistemas de Energia EE.421 Aula 02 Prof. José Ubirajara Núñez de Nunes 02/2012 Instituto Federal Sul rio-grandense Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica A história dos sistemas elétricos (1) 3 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Os sistemas de energia elétrica (SEE) têm em torno de 130 anos • ~ 1876 não se sabia qual a melhor forma de transmitir energia elétrica: corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA) • Em 1880 Thomas Edison apresenta sua lâmpada incandescente (em corrente contínua) A história dos sistemas elétricos (2) 4 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Em 1882 Edison coloca em funcionamento um sistema de CC em New York (empresa Edison Electric Company) • Em 1885 George Westinghouse compra as patentes americanas referentes aos sistemas de transmissão − William Stanley, sócio da Westinghouse Company, testa transformadores para sistemas de transmissão em corrente alternada A história dos sistemas elétricos (3) 5 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Em 1886 Stanley instalou o primeiro sistema de distribuição em CA, alimentando 150 lâmpadas na cidade • Em 1890 a primeira linha de transmissão em CA de 4 kV nos Estados Unidos foi posta em operação para transportar energia a uma distância de 20 km − Nesse mesmo período a empresa de Edison defende a confiabilidade dos sistemas de corrente contínua e o perigo apresentado por tensões em corrente alternada A história dos sistemas elétricos (4) 6 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • As primeiras linhas de transmissão eram monofásicas e a energia, geralmente, utilizada apenas para iluminação. • Em 1892 entra em funcionamento o primeiro motor de indução de Tesla. • Em 1893 foi mostrado ao público um sistema de distribuição bifásico em CA, em Chicago. − A transmissão de energia em corrente alternada substitui gradualmente os sistemas de corrente contínua. A história dos sistemas elétricos (5) 7 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Dados estatísticos registrados a partir de 1920 até a década de 70-80 mostram uma taxa de crescimento quase constante • A demanda de grandes quantidades de potência e a necessidade de maior confiabilidade conduziram a interligação dos sistemas. − Nesse período, a capacidade de geração dobra a cada dez anos. A partir de então, o crescimento torna-se cada vez mais imprevisível Sistemas de Energia Elétrica (1) 8 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Sistemas de energia elétrica (SEE) − Conjunto de equipamentos que operam de maneira coordenada de forma a gerar, transmitir e fornecer energia elétrica aos consumidores, mantendo o melhor padrão de qualidade possível − Os SEE convencionais são constituídos basicamente por três componentes: a geração, a transmissão e a distribuição de energia elétrica. Sistemas de Energia Elétrica (2) 9 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 Sistemas de Energia Elétrica (3) 10 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Equipamentos − Geradores − Transformadores − Linhas de transmissão − Disjuntores − Pára-raios − Relés − Medidores − Etc Sistemas de Energia Elétrica (4) 11 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Qualidade do serviço – requisitos básicos − Os níveis de tensão e de frequência devem estar dentro de uma faixa especificada − O serviço deve sofrer o mínimo de interrupções, e estas devem durar o menor tempo possível − A forma de onda da tensão deve estar mais próxima de uma senóide − A energia deve ser entregue ao consumidor com o custo mínimo (geração econômica, transmissão com mínima perda, etc.) − O impacto ambiental deve ser mínimo Sistemas de Energia Elétrica (5) 12 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 Sistemas de Energia Elétrica (6) 13 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Sistemas de geração − Gerador, transformador elevador (e ainda barragens, caldeiras, turbinas, etc.) • Geração convencional (centralizada) − Fontes primárias: hidráulica, combustível fóssil (carvão, petróleo e gás), fissão nuclear Sistemas de Energia Elétrica (7) 14 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Geração não convencional (descentralizada) − Solar (células fotovoltaícas) baixo rendimento e alto custo − Eólica (cataventos) EUA (Califórnia), Dinamarca, Brasil e outros, apresentam níveis de penetração crescentes Sistemas de Energia Elétrica (8) 15 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 Sistemas de Energia Elétrica (9) 16 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 Sistemas de Energia Elétrica (10) 17 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 Sistemas de Energia Elétrica (11) 18 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Sistemas de transmissão − Linhas de transmissão, transformadores de regulação, e acessórios; − Uma divisão típica é Sistemas de Energia Elétrica (12) 19 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Sistemas de distribuição − Linhas de distribuição primárias e secundárias, transformadores abaixadores e cargas Sistemas de Energia Elétrica (13) 20 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Da figura anterior pode-se extrair: Sistemas de Energia Elétrica (14) 21 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Um sistema de distribuição simples: Sistemas de Energia Elétrica (15) 22 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Uma configuração disjuntor e meio: Estudos Relacionados (1) 23 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Embora a interligação dos sistemas seja vantajosa economicamente, esta conduz a impactos técnicos operacionais • A interligação provoca um aumento na corrente de curto-circuito no sistema e requer a instalação de disjuntores de maior capacidade Estudos Relacionados (2) 24 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Planejamento da operação dos sistemas − Estudos de carga − Cálculo de faltas − Projetos de proteção dos sistemas (contra surtos, descargas atmosféricas e curto-circuitos) − Estudos de estabilidade do sistema Estudos Relacionados (3) 25 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Estudos de carga − Um estudo de carga consiste na determinação da tensão, da corrente, da potência e do fator de potência nos diversos pontos de uma rede elétrica − Esse tipo de estudo é essencial para planejar a expansão de um sistema − Antes do desenvolvimento dos computadores digitais de grande porte, os estudos de fluxo de carga eram feitos via analisadores de rede CA (network analysers) − Hoje em dia, os computadores fornecem as soluções para estudos de fluxo de carga em sistemas complexos Estudos Relacionados (4) 26 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Cálculo de faltas − As faltas são em geral causadas por descargas atmosféricas − Estudos mostram que entre 70 e 80 % das faltas em linhas de transmissão são faltas entre uma fase e a terra − Existem as faltas que são permanentes e àquelas que são temporárias − Os cálculos de faltassão necessários para efetuar os ajustes corretos dos relés de proteção − A análise por componentes simétricos é uma ferramenta poderosa para o cálculo de faltas assimétricas Estudos Relacionados (5) 27 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Proteção dos sistemas − Dispositivos de proteção usados na transmissão: − Fusíveis − Seccionadores, religadores − Proteção de sobrecorrente − Proteção de distância − Dispositivos de proteção usados em equipamentos: − Proteção de sobrecorrente − Proteção diferencial de sobrecorrente Estudos Relacionados (6) 28 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Estudos de estabilidade dos sistemas − Os estudos de estabilidade são classificados conforme as condições de regime permanente ou transitórias − Existe um limite definido para a potência que um gerador CA pode fornecer − A instabilidade ocorre quando se procura aumentar a energia fornecida pelo gerador, acima de um dado limite estabelecido, chamado de limite de estabilidade Setor Elétrico Brasileiro (1) 29 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Estrutura do setor elétrico brasileiro − No Brasil, houve um processo de reestruturação do setor elétricos, o qual, foi desencadeado com a criação de um novo marco regulatório, a desestatização das empresas do setor elétrico, e a abertura do mercado de energia elétrica Setor Elétrico Brasileiro (2) 30 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 Setor Elétrico Brasileiro (3) 31 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • CNPE (Conselho Nacional de Política Energética) − Órgão de assessoramento do presidente da república para a formulação de diretrizes nacionais e políticas nacionais e diretrizes de energia, visando, dentre outros, o aproveitamento natural dos recursos energéticos do país, a revisão periódica da matriz energética e a definição de diretrizes para programas específicos Setor Elétrico Brasileiro (4) 32 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • CMSE (Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico) − Constituído no âmbito do MME (Ministério de Minas e Energia) e sob sua coordenação direta, com a função de acompanhar e avaliar permanentemente a continuidade e a segurança do suprimento eletro energético em todo o território. Setor Elétrico Brasileiro (5) 33 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • EPE (Empresa de Pesquisa Energética) − Empresa pública federal vinculada ao MME tem por finalidade prestar serviços na área de estudos e pesquisas destinados a subsidiar o planejamento do setor energético. Setor Elétrico Brasileiro (6) 34 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) − Autarquia vinculada ao MME, com finalidade de regular a fiscalização, a produção, transmissão, distribuição e comercialização de energia, em conformidade com as políticas e diretrizes do Governo Federal. A ANEEL detém os poderes regulador e fiscalizador. Setor Elétrico Brasileiro (7) 35 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • ONS (Operador Nacional do Sistema) − Pessoa jurídica de direito privado, sem fins lucrativos, sob regulação e fiscalização da ANEEL, tem por objetivo executar as atividades de coordenação e controle da operação de geração e transmissão, no âmbito do SIN (Sistema Interligado Nacional). O ONS é responsável pela operação física do sistema e pelo despacho energético centralizado Setor Elétrico Brasileiro (8) 36 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • CCEE (Câmara de Comercialização de Energia Elétrica) − Pessoa jurídica de direito privado, sem fins lucrativos, sob regulação e fiscalização da ANEEL, com finalidade de viabilizar a comercialização de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional - SIN. Administra os contratos de compra e venda de energia elétrica, sua contabilização e liquidação. A CCEE é responsável pela operação comercial do sistema Setor Elétrico Brasileiro (9) 37 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Sistema Interligado Nacional (SIN) − O parque gerador nacional é constituído, predominantemente, de centrais hidrelétricas de grande e médio porte, instaladas em diversas localidades − A concentração de demanda industrial distante das centrais geradoras são determinantes para a implantação de um sistema de transmissão de longa distância − Até 1999, o Brasil possuía vários sistemas elétricos desconectados Setor Elétrico Brasileiro (10) 38 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Sistema Interligado Nacional (SIN) − Com o objetivo de ampliar a confiabilidade e otimizar os recursos energéticos foi criado o sistema interligado nacional (SIN), o qual é responsável por mais de 95% do fornecimento nacional − Sua operação é coordenada e controlada pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) − Os grandes troncos (linhas de 500 kV e 750 kV) possibilitam o abastecimento de grandes centros industriais, distantes da geração Setor Elétrico Brasileiro (11) 39 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 Referências 40 IFSul/EE – Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – 02/2012 • Power System Analysis. 5 ed. − Grainger, J. J.; Stevenson, Jr. W. • http://www.dee.ufc.br Sistemas de Energia Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica Número do slide 3 Número do slide 4 Número do slide 5 Número do slide 6 Número do slide 7 Número do slide 8 Número do slide 9 Número do slide 10 Número do slide 11 Número do slide 12 Número do slide 13 Número do slide 14 Número do slide 15 Número do slide 16 Número do slide 17 Número do slide 18 Número do slide 19 Número do slide 20 Número do slide 21 Número do slide 22 Número do slide 23 Número do slide 24 Número do slide 25 Número do slide 26 Número do slide 27 Número do slide 28 Número do slide 29 Número do slide 30 Número do slide 31 Número do slide 32 Número do slide 33 Número do slide 34 Número do slide 35 Número do slide 36 Número do slide 37 Número do slide 38 Número do slide 39 Número do slide 40
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