Análise de Sistemas de Energia Elétrica
Departamento de Engenharia Elétrica
Unidade 1
1.1. Estrutura dos Sistemas Elétricos de Potência
Introdução
Função básica dos sistemas elétricos de potência:
Fornecer energia elétrica aos consumidores (grandes ou pequenos) com qualidade adequada, no instante em que for solicitada.
Como?
Através de atividades de:
Operação
Controle
Investimento
Planejamento
Utilizando ferramentas de análise, tais como:
Fluxo de potência
Cálculo de curto circuito
Otimização
Introdução
Definição de sistema elétrico de potência segundo a NR-10:
Trata-se de um conjunto de instalações e equipamentos destinados à geração, transmissão e distribuição de energia elétrica.
Introdução
Partes de um sistema elétrico de potência:
Introdução
Requisitos de um de um sistema elétrico de potência:
Continuidade: Energia elétrica sempre disponı́vel ao consumidor.
Conformidade: Fornecimento de energia deve obedecer a padrões.
Flexibilidade: Adaptação às mudanças contı́nuas de topologia.
Segurança: Fornecimento de energia elétrica não deve causar riscos aos consumidores.
Manutenção: Propriedade de ser devolvido à operação o mais rápido possı́vel em caso de panes no sistema.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Definição das partes de um de um sistema elétrico de potência:
Geração:
Responsável pela produção da energia elétrica.
Formado por Centrais Elétricas que convertem alguma forma de energia (cinética, calor, etc) em energia elétrica.
Transmissão:
Responsável pelo transporte da energia elétrica dos centros de Geração aos de Consumo.
Formado por Linhas de Transmissão, Transformadores, etc.
Distribuição:
Realiza a distribuição da energia elétrica recebida do sistema de transmissão aos consumidores finais.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Objetivos do sistema elétrico de potência:
GERAR, TRANSMITIR e DISTRIBUIR energia elétrica atendendo a determinados padrões de confiabilidade, disponibilidade, qualidade, segurança e custos, com o mı́nimo impacto ambiental e o máximo de segurança.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Confiabilidade e disponibilidade do sistema elétrico de potência:
Confiabilidade (expressa em %):
Representa a probabilidade de componentes, partes e sistemas realizarem suas funções requeridas por um dado perı́odo de tempo sem falhar.
Obs.: não reflete o tempo necessário para a unidade em reparo retornar à condição de trabalho.
Disponibilidade (expressa em %):
Disponibilidade é definida como a probabilidade que o sistema esteja operando adequadamente quando requisitado para uso. Em outras palavras, é a probabilidade e um sistema não estar com falha ou em reparo quando requisitado para uso.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Geração - Hidrelétrica
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Geração - Termelétrica
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Geração - Eólica
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Geração - Fotovoltaica
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Geração - Híbrida
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Geração - Classificação
Fontes convencionais:
São as fontes de energia que maioritariamente abastecem a sociedade atual (hidrelétrica e termelétrica).
Fontes alternativas:
São alternativas de geração de energia através de fontes não convencionais. Podem se considerar também como sendo fontes atreladas a um uso alternativo de energia (eólica, fotovoltaica, tidal, etc.).
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Geração - Classificação
Fontes não renováveis:
Estoque finito, que acaba em um determinado tempo.
Fontes renováveis:
São resultantes de um fluxo contı́nuo, estoque resposto. Dependendo da forma de utilização podem ser consideradas infinitas.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Geração - Tipos
Geração centralizada
Modelo tradicional
Geração distribuı́da (GD)
Modelo descentralizado (Resolução Normativa 482, de 17 de Abril de 2012)
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Geração - Microgeração e Minigeração (Agência Nacional de Energia Elétrica, ANEEL REN 687 de 24/11/2015)
Microgeração distribuída:
Central geradora de energia elétrica com potência instalada menor ou igual a 75 kW e que utilize cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou fontes renováveis de energia elétrica conectadas na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras.
Minigeração distribuída:
Central geradora de energia elétrica com potência instalada superior a 75 kW e menor ou igual a 3 MW para fontes hídricas ou menor ou igual a 5 MW para cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou para as demais fontes renováveis de energia elétrica conectadas na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Geração - Caracterı́sticas da GD
Desenvolvimento econômico.
Proteção ao meio-ambiente.
Diminuição dos custos totais de investimento (transmissão e distribuição).
Emprego de tecnologias limpas.
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Partes de um sistema elétrico de potência: Transmissão
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Transmissão
Origem: Subestação elevadora de tensão localizada na usina de geração.
Destino: Subestação abaixadora de tensão nos centros de consumo.
Objetivo: Diminuir as perdas do sistema de transmissão $\rightarrow$ Como?
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Partes de um sistema elétrico de potência: Transmissão
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Transmissão - Rede básica do Sistema Interligado Nacional (SIN)
Linhas de transmissão, barramentos, transformadores de potência e quipamentos de subestação em tensão igual ou superior a 230 kV; e
Transformadores de potência com tensão primária igual ou superior a 230 kV e tensões secundária e terciária igual ou inferior a 230 kV
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Transmissão - Função do SIN
De acordo com o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS):
“A interconexão dos sistemas elétricos, por meio da malha de transmissão, propicia a transferência de energia entre subsistemas, permite a obtenção de ganhos sinérgicos e explora a diversidade entre os regimes hidrológicos das bacias. A integração dos recursos de geração e transmissão permite o atendimento ao mercado com segurança e economicidade.”
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Partes de um sistema elétrico de potência: Transmissão - Interligações Regionais
A interligação elétrica entre regiões possibilita a otimização energética das bacias hidrográficas. O SIN está dividido em quatro subsistemas:
Sul (S): Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná.
Sudeste/Centro Oeste (SE/CO): Espı́rito Santo, Rio de Janeiro, Minas Gerais, São Paulo, Goiás, Distrito Federal, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Acre e Rondônia.
Norte (N): Pará, Tocantins e Maranhão, parte do Amazonas e Amapá (a partir de 2012) e parte de Roraima (a partir de 2014).
Nordeste (NE): Piauı́, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraı́ba, Pernambuco, Alagoas, Serguipe e Bahı́a.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Distribuição
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Distribuição - Regulamentação
PRODIST: Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional.
Normatizam e padronizam as atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica. O PRODIST contém 11 Módulos.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Distribuição - Regulamentação
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Distribuição - Regulamentação
De acordo com o Módulo 3 do PRODIST, a tensão de fornecimento para uma unidade consumidora se dará de acordo com a potência instalada:
2.1.1 A definição da tensão de conexão para unidades consumidoras deve observar:
a) BT: Carga instalada igual ou inferior a 75 kW.
b) MT: Carga instalada superior a 75 kW e Montante do Uso do Sistema de Distribuição (MUSD) contratado inferior a 2500 kW, inclusive.
c) AT: MUSD contratado superior a 2500 kW.
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Partes de um sistema elétrico de potência: Resuno
Valores tı́picos de tensões no SEP:
$V_{Ger}$ = 13,8 kV (2,2 kV a 22 kV)
$V_{Trans}$ = 230 kV a 750 kV
$V_{Sub}$ = 138/69 kV
$V_{Dist1}$ = 13,8 kV (11,2 a 13,8 kV)
$V_{Dist2}$ = 220/380 V
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Futuro
Integração de sistemas:
Uso racional dos recursos energéticos.
Otimização da infraestrutura elétrica.
Diversificação da matriz energética.
Aproveitamento da diversidade de clima e de fontes energéticas da região.
Aumento da confiabilidade e da segurança do suprimento.
Geração distribuı́da:
Pequena potência.
Conectada à rede de distribuição.
Sem controle centralizado.
Próxima do centro de consumo.
Utiliza recursos renováveis.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Partes de um sistema elétrico de potência: Futuro
Medição inteligente:
Medição eletrônica de energia.
Maior interação entre distribuidora e consumidor.
Maior rapidez e agilidade na correção de distúrbios.
Monitoramento apurado do estado de operação do SEP.
Localização de faltas.
Fontes alternativas:
Redução da dependência de combustı́veis fósseis..
Novas fontes de energia.
Redução do impacto ambiental.
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Partes de um sistema elétrico de potência: Futuro - Smart Grids
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Estrutura Organizacional do Sistema Elétrico Brasileiro
Agentes econômicos:
Concessão,
permissão ou
autorização.
Exploração de atividade econômica relacionada à energia elétrica.
Agentes instituionais:
Polı́ticas
fiscalizatórias e
regulatórias.
Planejamento e viabilização.
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Estrutura Organizacional do Sistema Elétrico Brasileiro
CNPE (Conselho Nacional de Polı́tica Energética): Órgão de assessoramento do presidente da República para formulação de polı́ticas nacionais e diretrizes de energia.
MME (Ministério de Minas e Energia): Vinculado à presidência da República. Encarregado da formulação, planejamento e implementação de ações do Governo Federal no âmbito da polı́tica energética nacional.
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Estrutura Organizacional do Sistema Elétrico Brasileiro
ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica): Agência reguladora, vinculada ao MME.
ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustı́veis).
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Estrutura Organizacional do Sistema Elétrico Brasileiro
Regular a produção, transmissão, distribuição e comercialização.
Fiscalizar, diretamente ou mediante convênios com órgãos estaduais, as concessões, as permissões e os serviços de energia elétrica.
Implementar as polı́ticas e diretrizes do governo federal relativas à exploração da energia elétrica e ao aproveitamento dos potenciais hidráulicos.
Estabelecer tarifas.
Mediar, na esfera administrativa, os conflitos entre os agentes e entre esses agentes e os consumidores.
Por delegação do governo federal, promover as atividades relativas às outorgas de concessão, permissão e autorização de empreendimentos e serviços de energia elétrica.
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Estrutura Organizacional do Sistema Elétrico Brasileiro
ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico).
CCEE (Câmara de Comercialização De Energia Elétrica).
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Estrutura Organizacional do Sistema Elétrico Brasileiro
Pessoas jurı́dicas de direito privado, sem fins lucrativos, sob regulação e fiscalização da ANEEL.
ONS:
Executa as atividades de coordenação e controle da operação de geração e transmissão, no âmbito do SIN (Sistema Interligado Nacional).
É responsável pela operação fı́sica do sistema e pelo despacho energético centralizado.
CCEE:
Viabiliza a comercialização de energia elétrica no SIN.
Administra os contratos de compra e venda de energia elétrica, sua contabilização e liquidação.
É responsável pela operação comercial do sistema.
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Estrutura Organizacional do Sistema Elétrico Brasileiro
Consumo: A partir de 2004 (Decreto N o 5.163 de 30 de Julho de 2004). Tipos de contratação:
Ambiente de Contratação Regulada $\rightarrow$ ACR.
Ambiente de Contratação Livre $\rightarrow$ ACL.
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Estrutura Organizacional do Sistema Elétrico Brasileiro
ACR: Destinado ao atendimento de consumidores cativos por meio das distribuidoras, sendo estas supridas por geradores estatais ou independentes que vendem energia em leilões públicos anuais.
Agentes de geração e de distribuição de energia.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Estrutura Organizacional do Sistema Elétrico Brasileiro
ACL: Destinado ao atendimento de consumidores livres por meio de contratos bilaterais firmados com produtores independentes de energia, agentes comercializadores ou geradores estatais.
Geradores, distribuidores, comercializadores, importadores e exportadores, além dos consumidores livres e especiais.
Constituição de um Sistema Elétrico de Potência
Análise de Sistemas de Energia Elétrica
Departamento de Engenharia Elétrica