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Sistemas Elétricos de Potência (SEP):

Eletricidade Aplicada - LOB1011

Sistemas Elétricos de Potência (SEP):

• Geração;

• Transmissão;

• Distribuição.

Energia Elétrica

São grandes sistemas que englobam:

Energia: Definição Básica

Numa definição física mais simples possível: “energia é a capacidade de

realizar trabalho.”

𝑊 = 𝑎

𝑏

𝐹. 𝑑𝑠

Δ𝑈 = −W

Trabalho

Energia Potencial

(armazenada)

Energia Cinética

(movimento)

Energia - Unidades

Unidades: Btu, erg, pés-libra (força.comprimento),

hp.h, joules, cal, kW.h, elétron-Volt (eV).

Neste curso usaremos o Joules, representado pela

letra J (jota maiúsculo).

Esta unidade é uma homenagem ao físico inglês James Prescott Joule (1818-1889).

Energia Elétrica

Conceitos Básicos:

• Carga Elétrica;

• Força Elétrica;

• Campo Elétrico.

Força Elétrica e Campo Elétrico

𝐹 =1

4𝜋𝜀0

𝑞1𝑞2

𝑟2 𝑟

𝐸 = 𝐹

𝑞1=

1

4𝜋𝜀0

𝑞

𝑟2 𝑟

( Força Elétrica)

( Campo Elétrico)

𝜀0 = 8,85 𝑥 10−12

𝐶2

𝑁.𝑚2

Energia Elétrica

++

+++

Δ𝑈 = −𝑊 = 𝐹. 𝑑𝑠 = 𝑞1𝐸. 𝑑𝑠

𝐸 =1

4𝜋𝜀0

𝑞

𝑟2 𝑟

Δ𝑈= 1

4𝜋𝜀0

𝑞1𝑞2

𝑟12

Energia Eletrostáticapara duas cargas

Δ𝑈= 1

4𝜋𝜀0 𝑖<𝑗

𝑞𝑖𝑞𝑗

𝑟𝑖𝑗

Energia Eletrostáticapara diversas cargas

Energia Elétrica

• Acumular cargas elétricas é umas das maneiras de se produzir Energia Elétrica.

Energia Elétrica – Gerador e Transmissão

++

+ + +

Δ𝑈= 1

4𝜋𝜀0 𝑖<𝑗

𝑞𝑖𝑞𝑗

𝑟𝑖𝑗

+Gerador

Linhas de Transmissão+ +

+

“Geradores”

B = pilha elétrica F = sensor fotoelétrica

C = sensor termoelétrico G = dínamo

D = resistência elétrica H = motor elétrico

E = lâmpada elétrica

Energia não se cria – Energia se transforma!

Geração de Energia Elétrica

● Térmica: Termoelétricas - Queima de combustível;

● Hídrica: Hidroelétricas - Potencial Hídrico

● Nuclear: Térmica, porém com reator nuclear. Fissão e Fusão

● Marés: Maremotriz – Energia dos Oceanos

● Eólica: Cataventos – Energia dos ventos

● Solar: Células Fotovoltaicas – Radiação solar

Geração de Energia Elétrica

● Termoelétricas

Geração de Energia Elétrica

● Termoelétricas

Geração de Energia Elétrica● Hídroelétricas

Geração de Energia Elétrica● Hidrelétricas

Geração de Energia Elétrica● Eólica

Geração de Energia Elétrica● Eólica

Geração de Energia Elétrica● Solar

Geração de Energia Elétrica● Solar

Geração de Energia Elétrica● Solar

Geração de Energia Elétrica● Nuclear:

● Fissão

Geração de Energia Elétrica● Nuclear:

● Fissão

Geração de Energia Elétrica● Nuclear: Fusão

Geração de Energia Elétrica● Nuclear: Fusão

Geração de Energia Elétrica● Nuclear: Fusão

Geração de Energia Elétrica● Nuclear: Fusão Reator ITER

• Reator Internacional Termonuclear Experimental

Geração de Energia Elétrica

Dínamo Princípio de funcionamento?

𝜀 = −𝑁dΦ𝐵𝑑𝑡Lei de Faraday:

Φ𝐵 = 𝐵. 𝑑 𝐴 = BAcos(ωt)

𝜀(𝑡) = −𝜔𝐵𝐴𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)

Força Eletromotriz Produzida:

Transmissão:

• É a condução da energia de onde foi

produzida para os centros de consumo;

• É também onde ocorre a interligação dos

sistemas. Neste processo ocorre mudança de tensão.

Transmissão de Energia Elétrica

Transmissão de Energia Elétrica

Transmissão de Energia Elétrica

Transmissão de Energia Elétrica

Transmissão de Energia Elétrica

http://odia.ig.com.br/portal/mundo/mulher-sobe-em-torre-

de-alta-tens%C3%A3o-pensando-que-era-ponte-

1.454594

Transmissão de Energia

Elétrica

Distribuição de Energia Elétrica

Distribuição de Energia Elétrica

Distribuição de Energia Elétrica

Distribuição de Energia Elétrica

Estrutura em Anel(Flexibilidade e Redundância )

Eficiência

• Geração;

• Transmissão;

• Distribuição.

Custo!

Toda Operação seja ela:

Problema de Engenharia Economizar nos investimentos!

Eficiência : Geração

Eficiência : Geração

Eficiência - Geração

O menor custo no presente seria gerar toda a energia - fontes hidráulicas

Problemas no longo prazo: • depende do ciclo das águas e do regime de chuvas na região

dos reservatórios das usinas.

• Períodos de seca podem levar a racionamentos na produção

de eletricidade, pois as turbinas precisam de uma vazão

mínima de água para gerar energia dentro da tensão e

frequência padronizadas.

• Assim, para a operação, o menor custo é um meio-

termo onde gera-se parte nas hidroelétricas e parte em

usinas térmicas, de forma a deixar sempre uma certa

reserva de energia hidráulica para o futuro.

Eficiência - Geração

No Brasil, mais de 96 % do sistema de transmissão está ligado ao Sistema Interligado

Nacional (SIN) ficando de fora apenas partes isoladas da região norte.

O SIN é dividido em quatro grandes subsistemas, além de diversos sistemas isolados:

•Subsistema Sudeste/Centro-Oeste (SE/CO) - abrange as regiões Sudeste e Centro-Oeste do

país, além do estado dos Estados de Rondônia e Acre;

•Subsistema Sul (S) - abrange a região Sul do país;

•Subsistema Nordeste (NE) - abrange a região Nordeste do país, com a exceção do estado

do Maranhão;

•Subsistema Norte (N) - abrange parte dos estados do Amapá, Pará, Tocantins, Maranhão e

Amazonas;

•Sistemas isolados.

Os subsistemas do SIN são todos interligados entre si, de forma a aproveitar melhor

a sazonalidade dos rios e de permutar os excedentes de energia elétrica durante o período das

cheias em cada região.

Transmissão de Energia Elétrica

O menor custo ocorre quando é mínima a

totalização dos custos dos investimentos necessários

para atender o critério de custos das perdas térmicas

— e outras perdas de transporte — da rede elétrica.

Eficiência - Transmissão

Eficiência - Transmissão

+

-

DDP (V)

Gerador

Casa ~ 1000 Km

Perda por Efeito Joule

P = RI2 I = V/R R = L/A

Lei de Ohm Resistência x resistividade

110 V

110 V

Potencia Transmitida

P = VI

Eficiência - Transmissão

+

-

DDP (V)

Casa ~ 1000 Km

Perda por Efeito Joule

P = RI2 I = V/R R = L/A

Lei de Ohm Resistência x resistividadePotencia Transmitida

P = VI

765.000 volts, no Brasil.

Transformadores

110 V

Quem Paga a Conta ?

FIM