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Sistemas Elétricos de Potência U2

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Unidade 2
Análise do sistema 
elétrico de potência
Rafael Schincariol da Silva
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Sumário
Unidade 2
Análise do sistema elétrico de potência..................................................5
Seção 2.1
Sistema por unidade (PU) .............................................................7
Seção 2.2
Geradores e cargas utilizados em SEP ...................................... 21
Seção 2.3
Introdução ao fluxo de potência ................................................ 34
Unidade 2
Análise do sistema elétrico de potência
Convite ao estudo
Olá aluno, seja bem-vindo a segunda unidade de Sistemas Elétricos de 
Potência I. Nessa unidade iniciaremos a análise dos sistemas de potência 
abordando alguns fundamentos básicos que serão aprofundados posterior-
mente na análise de um sistema elétrico por meio do fluxo de carga. Aliás, 
você saberia dizer qual a importância de se analisar um sistema elétrico, 
definindo os modelos dos componentes da rede e realizando cálculos para 
determinar as variáveis do sistema em determinados pontos de operação?
Bom, essa análise é de extrema importância. Conforme já vimos, um dos 
requisitos essenciais do sistema elétrico de potência é a confiabilidade. Isso 
significa que o sistema elétrico deve ser capaz de atender o consumidor final 
continuamente, sem interrupções, com a qualidade de energia requerida e 
com o menor custo possível. Com esse objetivo, as fases da operação de um 
sistema elétrico são divididas em pré-despacho, despacho e pós-despacho. 
Na fase de pré-despacho ocorre o planejamento e programação da operação. 
Na fase de despacho, ocorre a coordenação das diversas fontes centralizadas 
de forma a atender a demanda programada, visando fechar o balanço de 
potência. Já na fase de pós-despacho ocorrem os cálculos estatísticos e as 
contabilizações dos fluxos de energia para verificar se o balanço de energia 
foi realizado adequadamente. Nesse processo, visa-se garantir que o número 
de desligamentos de circuitos seja o mínimo possível, prevendo até mesmo 
planos de contingência para garantir a continuidade de atendimento da 
demanda e que as tensões de suprimento sejam mantidas dentro de padrões 
pré-estabelecidos. 
Somente para se ter uma ideia, durante a operação do sistema interligado 
nacional é necessário que se atenda ao critério N-1. Isso quer dizer que o 
sistema deve operar considerando a possibilidade de retirada de um equipa-
mento (uma linha, um transformador, etc.), seja para manutenção ou por um 
evento de contingência simples, sem prejuízo ao atendimento da demanda. 
Assim, para os estudos realizados nas fases da operação é necessária uma 
ferramenta denominada fluxo de carga. Essa ferramenta modela todos os 
componentes do sistema de estudo em um sistema determinado de sistema 
por unidade, para fins de simplificação de cálculo. Após a modelagem podem 
ser previstas diversas situações de operação, com as previsões de demanda, 
de forma a planejar quais dos geradores serão acionados e a quantidade de 
potência elétrica que deve ser despachada por cada um.
Dessa forma, para adquirirmos os conhecimentos necessários para 
analisar um sistema elétrico de potência, esta unidade se divide em três 
seções. Na primeira, conheceremos o sistema de valores por unidade e 
como modelar um sistema elétrico utilizando esse sistema. Na segunda 
seção, estudaremos os geradores e os tipos de carga utilizados para análise 
de um sistema elétrico de potência e finalmente na terceira seção faremos 
uma introdução à análise dos sistemas elétricos abordando os fundamentos 
do fluxo de carga. Esta unidade é fundamental para que você entenda como 
realizar uma análise completa do sistema de potência, por isso sugerimos que 
você se empenhe o máximo possível. Bons estudos!
Seção 2.1 / Sistema por unidade (PU) - 7
Sistema por unidade (PU)
Diálogo aberto
Olá aluno, seja bem-vindo à primeira seção em que daremos início à 
análise de sistemas elétricos de potência. Nesta seção estudaremos um 
conceito essencial para realizar o estudo de um sistema elétrico de potência: 
o sistema de valores por unidade (ou sistema PU). Você já pensou que em 
um sistema elétrico de potência temos diversos transformadores os quais 
são responsáveis por elevar e rebaixar a tensão durante todo o caminho que 
a energia elétrica percorre? Se tivéssemos que considerar os mais variados 
níveis de tensão nos cálculos que deveriam ser realizados com valores reais, 
a análise do SEP seria extremamente complexa. No entanto, com o sistema 
por unidade, as diferentes variáveis são convertidas em um único sistema 
de unidades. 
Para contextualizar nosso estudo, vamos imaginar que você trabalha no 
centro de operação de uma empresa que coordena o despacho de energia 
desde a geração até a carga. Você precisa fazer um estudo de um sistema 
elétrico composto por uma unidade geradora na tensão de 10 kV, que se 
conecta a um transformador elevador e transporta a energia elétrica por 
uma linha de 100 kV. Posteriormente essa tensão é rebaixada para 20 kV e 
utilizada por um reator, conforme mostra a Figura 2.1:
Seção 2.1
Figura 2.1 | Sistema elétrico alimentando um reator
Fonte: elaborada pelo autor.
É necessário determinar qual a potência elétrica consumida por esse 
reator e para isso será utilizado um software de simulação. No entanto, para 
analisar o sistema é necessário que o sistema equivalente pu seja obtido 
de forma a simplificar os cálculos. O software de simulação utiliza uma 
potência de base de 100 MVA e, portanto, os valores em por unidade devem 
ser inseridos nessa base. Para que você possa prosseguir com a simulação, 
você deve obter os parâmetros do sistema no modelo de valores por unidade 
(pu) e fornecidos em forma de um banco de dados. Como você faria para 
obter um sistema simplificado de modo a tornar os cálculos mais simples?
8 - U2 / Análise do sistema elétrico de potência
No decorrer desta seção encontraremos os elementos necessários para 
poder construir o sistema equivalente em por unidade. Para isso, será neces-
sário conhecer os principais conceitos de como determinar os valores de 
base, como fazer a mudança de base dos valores em pu, fornecido juntamente 
com os equipamentos, e finalmente utilizaremos o sistema equivalente para 
calcular a potência no reator.
Para cumprir a sua tarefa com êxito, aconselhamos uma dedicação 
especial a esta seção, realizando as atividades propostas e expandindo os seus 
conhecimentos na literatura indicada. Bons estudos!
Não pode faltar
A análise do fluxo de potência é uma atividade importante dentro de 
sistemas elétricos de potência, a fim de obter as melhores condições opera-
tivas, de controle e de supervisão. Seu objetivo principal consiste em deter-
minar as magnitudes de tensão e os ângulos de fase na rede, e as distribuições 
do fluxo de potência nas barras.
Para isso, o sistema elétrico precisa ser modelado por meio de um 
conjunto de equações e/ou inequações que representem algebricamente seus 
componentes, como linhas de transmissão, transformadores de potência, 
geradores e cargas.
Quando realizamos a análise de sistemas elétricos, a utilização das 
variáveis “reais” (volts para tensão, amperes para corrente,