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Universidade Federal do Cear Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Eltrica

GTD Gerao, Transmisso e Distribuio de Energia Eltrica

Profa Ruth P. S. Leo2010

Profa Ruth Leo Email: rleao@dee.ufc.br HP: www.dee.ufc.br/~rleao

APRESENTAO

Esta apostila sobre aspectos da gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica o resultado de uma coletnea de notas de aula em atendimento disciplina de Gerao, Transmisso e Distribuio de Energia Eltrica GTD, do curso de graduao em Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Cear. A preparao deste compndio tem por objetivo contribuir de estudantes de Engenharia Eltrica abordando assuntos aos sistemas de potncia. A apostila agrega conhecimento segmentos dos sistemas eltricos de potncia desde a utilizao da energia eltrica. na formao relacionados dos diversos gerao at

Os assuntos abordados foram pesquisados em diversos livros e revistas tcnicas, no tendo a pretenso de esgotar todo o conhecimento dos assuntos aqui tratados. Aos alunos, a iniciativa pretende contribuir de forma efetiva no processo ensino-aprendizagem no prescindindo da leitura de outras fontes literrias especializadas.

Profa Ruth Leo Email: rleao@dee.ufc.br HP: www.dee.ufc.br/~rleao

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Captulo 1

Introduo aos Sistemas Eltricos de Potncia

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Introduo Objetivos da Disciplina Histria dos Sistemas Eltricos de Potncia Estrutura Organizacional do Setor Eltrico Brasileiro Estrutura de um Sistema Eltrico de Potncia 1.5.1 Gerao de Energia Eltrica 1.5.2 Rede de Transmisso 1.5.3 Rede de Sub-transmisso 1.5.4 Rede de Distribuio

1.6

Caractersticas do Sistema Eltrico Brasileiro 1.6.1 Gerao de Energia Eltrica no Brasil 1.6.2 Sistema Interligado Nacional 1.6.3 Transmisso de Energia Eltrica no Brasil 1.6.4 Sistemas de Distribuio no Brasil

1.7

Representao Esquemtica de Sistemas de Potncia 1.7.1 Caractersticas dos Sistemas Eltricos de Potncia 1.7.2 Representao do Sistema Eltrico

1.8

Tendncias para o Mercado de Energia Eltrica

Profa Ruth P.S. Leo

Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao

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1.1

Introduo

Na histria da sociedade, a energia eltrica, desde a sua descoberta, sempre ocupou lugar de destaque, tendo em vista a dependncia da qualidade de vida e do progresso econmico da qualidade do produto e dos servios relacionados energia eltrica, que por sua vez dependem de como as empresas de eletricidade projetam, operam e mantm os sistemas eltricos de potncia.Energia Eltrica

Qualidade de Servio e do Produto

Qualidade de Vida

Desenvolvimento Econmico

Figura 1.1 Importncia da eletricidade para a sociedade.

A energia eltrica proporciona sociedade trabalho, produtividade e desenvolvimento, e aos seus cidados conforto, comodidade, bem-estar e praticidade, o que torna a sociedade moderna cada vez mais dependente de seu fornecimento e mais suscetvel s falhas do sistema eltrico. Em contrapartida esta dependncia dos usurios vem se traduzindo em exigncias por melhor qualidade de servio e do produto. A energia eltrica uma das mais nobres formas de energia secundria. A sua facilidade de gerao, transporte, distribuio e utilizao, com as conseqentes transformaes em outras formas de energia, atribuem eletricidade uma caracterstica de universalizao, disseminando o seu uso pela humanidade. No mundo de hoje, eletricidade, como alimento e moradia, um direito humano bsico. Eletricidade a dominante formaProfa Ruth P.S. Leo Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao

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de energia moderna para telecomunicaes, tecnologia da informao, e produo de bens e servios. Os crescimentos da populao mundial e da economia nos pases em desenvolvimento implicam, necessariamente, no aumento do consumo de energia, porm a produo de energia deve seguir os conceitos de desenvolvimento sustentvel e de responsabilidade ambiental. A Fig.1.2 mostra o cenrio da gerao global de energia. No mundo, cerca de 87% de toda a energia gerada por combustveis fsseis, dos quais 28% advm do carvo, 21% do gs natural, e o restante 38% provm de leo combustvel. Cerca de 6% de toda energia gerada em plantas nucleares, e o restante 7% provem de fontes renovveis, como hidro (a maior parte), elica, solar, geotrmica e biocombustvel.

6%

Carvo 28% 38% Gas Natural Renovveis leo Nuclear 21% 7%

Figura 1.2 Cenrio global de gerao de energia.

O grfico da Figura 1.3 apresenta o crescimento da gerao mundial de eletricidade por combustvel, sendo estimado para os prximos 20 anos um crescimento superior a 50% na produo mundial de eletricidade. A eletricidade a forma de energia de uso final que mais cresce no perodo analisado (2006-2030).

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35,031,8

Trillion Kilowatthours

30,026,0

28,9 23,2 20,6 18,0

25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 2006 2010

Renewables Coal Natural Gas Nuclear Liquids

2015

2020

2025

2030

Fonte: International

Energy Outlook 2009

Figura 1.3 Gerao mundial de energia eltrica.

Segundo resultados preliminares do Balano Energtico Nacional BEN1 2009, ano base 2008, o consumo final energtico por fonte no Brasil est mostrado na Figura 1.4 onde se observa que a eletricidade representa 17,4% do consumo final ficando atrs apenas do leo diesel 17,7%, sendo, portanto a segunda forma de energia mais consumida no pas.

Inclui apenas gasolina A (automotiva) 2 Outras Fontes Inclui lixvia, leo combustvel, gs de refinaria, coque de carvo mineral e carvo vegetal, dentre outros Fonte: Balano Energtico Nacional BEN 2009 Resultados Preliminares.

Figura 1.4 Consumo final energtico por fonte no Brasil em 2009.O BEN apresenta a contabilidade relativa oferta e ao consumo de todas as formas energia no Brasil, contemplando as atividades de extrao de recursos energticos primrios, sua converso em formas secundrias, a importao e a exportao, a distribuio e o uso final da energia.1

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No Brasil, dentre as fontes primrias e secundrias de energia a fonte hidrulica a que mais contribui para produo de energia eltrica (73,1%) estando os locais produtores em regies quase sempre distantes dos centros consumidores (Figura1.5). Com isso so necessrias grandes extenses de linhas de transmisso e instalaes para repartir e distribuir a energia nos centros de consumo.

(*) Inclui lenha, bagao de cana, lixvia e outras recuperaes. Fonte: Balano Energtico Nacional 2009 Resultados Preliminares.

Figura 1.5 Estrutura da oferta de energia eltrica no Brasil em 2008.

A eletricidade apresenta uma combinao de atributos que a torna distinta de outros produtos, como: dificuldade de armazenamento em termos econmicos; variaes em tempo real na demanda, e na produo em caso de fontes renovveis; falhas randmicas em tempo real na gerao, transmisso e distribuio; e necessidade de atender as restries fsicas para operao confivel e segura da rede eltrica. As condies de no armazenamento e de no violao das restries operativas impem eletricidade sua produo no momento exato em que requerida ou consumida fazendo com que o dimensionamento do sistema eltrico seja determinado pelo nvel mximo de energiaProfa Ruth P.S. Leo Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao

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demandada, resultando em ociosidade dessas instalaes durante o perodo de menor demanda. O atendimento dos aspectos de simultaneidade de produo e consumo, exigindo instalaes dimensionadas para a ponta de carga, e a longa distncia entre os locais de gerao e os centros consumidores pode ser traduzido pela necessria existncia de um sistema de transmisso e de distribuio longos e complexos, apoiados por uma estrutura de instalaes e equipamentos que, alm de representar importantes investimentos, exigem aes permanentes de planejamento, operao e manuteno, e esto como qualquer produto tecnolgico sujeito falhas. Os sistemas eltricos so tipicamente divididos em segmentos como: gerao, transmisso, distribuio, utilizao e comercializao. A oferta da energia eltrica aos seus usurios realizada atravs da prestao de servio pblico concedido para explorao entidade privada ou governamental. As empresas que prestam servio pblico de energia eltrica o fazem por meio da concesso ou permisso concedidos pelo poder pblico. A disciplina de sistemas de energia eltrica apresenta uma viso panormica da estrutura organizacional do setor eltrico nacional e de cada um dos segmentos dos sistemas de potncia. 1.2 Objetivos da Disciplina

a) Apresentar a estrutura organizacional do setor eltrico brasileiro, seus agentes e funes. b) Apresentar os principais componentes de um sistema eltrico de potncia, suas funes e princpio de operao dos elementos. c) Apresentar modelos de representao do sistema eltrico e de seus componentes: circuito equivalente, representao unifilar, sistema por unidade. d) Apresentar modelos tpicos de: Usinas de Gerao: tipos, componentes, operao.Profa Ruth P.S. Leo Email: rleao@dee.ufc.br Homepage: www.dee.ufc.br/~rleao

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Subestaes: equipamentos, arranjos. Sistemas de Transmisso: parmetros eltricos, modelos de linha, capacidade de transporte. Sistemas de Distribuio: equipamentos de rede, caracterstica da carga, medio, tarifa. d) Apresentar a automao dos sistemas eltricos de potncia: hierarquia organizacional dos sistemas eltricos, arquitetura do sistema de automao, funes de superviso e controle. 1.3 Histria dos Sistemas Eltricos de Potncia

Muito da tecnologia hoje em uso deve-se a grandes pioneiros e empreendedores da eletricidade. Seus nomes e feitos so aqui registrados como