O que são Sistemas Elétricos de Potência e como eles funcionam?

O que são sistemas elétricos de potência e como eles funcionam?

Os sistemas elétricos de potência, são responsáveis por gerar, transmitir e distribuir energia elétrica desde as usinas geradoras até os consumidores finais, incluindo residências, empresas e indústrias.
Tempo de leitura: 6 min

Neste artigo, será apresentada uma maneira de mapear as condições para que um transformador de potencial indutivo (TPI), em especial os de classe 36 kV, podem operar na condição de ferrorressonância e como é possível evitar que o equipamento entre em colapso térmico e elétrico em caso deste evento.

Função de transferência

O pioneirismo na geração de energia hidrelétrica no Brasi se deu graças a construção da Usina de Marmelos em Juiz de Fora. Há mais de 120 anos, esse marco inaugurou a era da conversão eletromecânica de energia através do método hidráulico, se tornando a forma mais difundida de geração de energia no Brasil dado seu alto potencial hidráulico e sua geografia ímpar, além de pavimentar o caminho para que o Brasil se tornasse um dos principais produtores de energia hidrelétrica no mundo.

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Usina Hidrelétrica de Marmelos Juiz de Fora Brasil, 1903. - Foto: Wikipedia

A Usina de Marmelos, acelerou o desenvolvimento da técnica da geração de energia hidrelétrica no Brasil, abrindo as portas para um setor que se tornaria essencial para o crescimento econômico do país.

O empreendimento utilizava a força das águas do Rio Paraibuna, que atravessa a Zona da Mata mineira e deságua no litoral fluminense. A utilização das turbinas importadas dos Estados Unidos na Usina de Marmelos marcou a primeira vez que a conversão da energia mecânica em energia elétrica ocorreu no país de maneira tão significativa.

Crédito imagem: Lepha

As etapas do SEP

1.Geração de Energia

O subsistema de geração de energia elétrica é o ponto de partida dos sistemas elétricos de potência. As usinas elétricas são a base desse processo e podem ser classificadas de acordo com a fonte de energia que utilizam. No Brasil, a capacidade instalada do SEP é de 211.000 megawatts, e essa capacidade é dividida em diferentes fontes:

  • Usinas Hidrelétricas: Responsáveis por 51,4% da capacidade instalada.
  • Usinas Termelétricas: Com uma contribuição de 19,7%.
  • Usinas Eólicas: Com 12,9% da capacidade instalada.
  • Usinas Solares: Contribuindo com 5% da capacidade instalada.
    Micro/Mini Geração Distribuída: 11%

2. Transmissão de energia

As linhas de transmissão podem ser aéreas ou subterrâneas, sendo projetadas para minimizar perdas de energia.

Existe um grande esforço na concepção de Linhas de transmissão através dos projetos elétricos e mecânicos, buscando estrutura robusta e minimização de perdas, as LTs costumam funcionar em alta e extra-alta tensão, o motivo para isso é justamente minimizar as perdas, dado que a relação elétrica primordial é que a passagem de corrente por um condutor causa perda de potência através do aquecimento desse condutor, e o aumento da tensão tem por consequência a diminuição da corrente; outras análises se fazem necessárias, como interação dos campos elétricos, indutâncias mútuas, influências externas, nível de curto-circuito, definição do formato das torres, tudo para o sistema funcionar da forma mais eficiente possível.

Este subsistema é responsável por transportar a energia elétrica das usinas para os centros de consumo. As linhas de transmissão são elementos-chave nesse processo e desempenham um papel fundamental na eficiência do sistema.

No Brasil, a extensão total das linhas de transmissão do SEP é impressionante, abrangendo cerca de 1,2 milhão de quilômetros. A utilização de materiais de alta condutividade elétrica e a seleção de rotas que minimizam o comprimento são estratégias adotadas para alcançar esse objetivo.

As linhas de transmissão, dada sua extensão, também permitiram a interligação de todo o sistema elétrico de potência do país, formando o Sistema Interligado Nacional, através do qual é possível fazer um balanço energético mais inteligente e aprimorado, melhorando o aproveitamento energético, e a eficiência energética. Dado que o equilíbrio entre geração e carga é a base fundamental de funcionamento do SEP.

3. Distribuição de Energia

O subsistema de distribuição é a etapa final do SEP. É aqui que a eletricidade chega aos consumidores finais. As redes de distribuição são responsáveis por atender às necessidades específicas dos consumidores, sendo aéreas ou subterrâneas.

Essas redes de distribuição são divididas em redes primárias, que fornecem energia para grandes consumidores, e redes secundárias, que fornecem energia para consumidores residenciais e comerciais.

A distribuição, geralmente sob responsabilidade de concessionárias locais, consiste em toda a estrutura de entrega da demanda energética em todos os níveis de consumo. As linhas de transmissão chegam em centros de distribuição, geralmente via subestações de distribuição, onde transformadores regulam os níveis de tensão para entrega da energia, e a partir de onde derivam os troncos alimentadores e, posteriormente, os ramos; a energia ainda circula em uma tensão mais alta na rede primária de distribuição, e transformadores de menor porte regulam novamente o nível de tensão para entregar de forma confiável e eficiente a energia aos consumidores.

4. Consumo

Após todas essas etapas a eletricidade é entregue aos consumidores, atendendo a uma demanda considerável. Em 2023, o consumo de energia elétrica no Brasil atingiu 625,6 bilhões de quilowatts-hora.

Como funcionam?

O funcionamento do SEP é baseado nos princípios da eletricidade e do eletromagnetismo. A eletricidade é produzida por uma força motriz devido o giro de uma máquina primária, que pode ser uma turbina hidráulica, um motor a combustão interna ou uma turbina eólica. Essa força motriz gira um gerador, que produz uma corrente elétrica alternada. A corrente elétrica é então transmitida pelas linhas de transmissão até os centros de consumo.

Em subestações de transmissão, a tensão da corrente elétrica é elevada, permitindo que ela seja transportada por longas distâncias com perdas menores. Já em subestações de distribuição, a tensão é reduzida para níveis adequados ao consumo residencial e comercial.

Controle e monitoramento

Os sistemas elétricos de potência são complexos e altamente integrados, requerendo um nível avançado de controle e monitoramento. Um sistema de computadores monitora o desempenho do SEP e toma ações corretivas quando necessário. Além disso, uma rede de sensores coleta dados sobre o estado do sistema, contribuindo para a manutenção e aprimoramento da rede elétrica.

Importância dos Sistemas Elétricos de Potência

Os sistemas elétricos de potência são essenciais para o desenvolvimento econômico e social. Eles permitem o acesso à eletricidade, uma fonte de energia limpa e eficiente, para pessoas e empresas. Sem sistemas elétricos de potência robustos, a vida moderna como a conhecemos seria impossível.

Dados Estatísticos da ONS (Operador Nacional do Sistema)

Os dados estatísticos do Operador Nacional do Sistema (ONS) oferecem uma visão precisa da geração do sistema elétrico de potência (SEP) no Brasil, no ano de 2023.

– Geração nacional

A capacidade instalada do SEP brasileiro é verdadeiramente notável, atingindo a marca de 211.141 megawatts. Essa capacidade é dividida em diversas fontes de geração, com a hidrelétrica desempenhando um papel dominante, representando 51,4% da capacidade total.

Seguindo de perto, temos a origem termelétrica com 19,7%, enquanto a eólica e a solar contribuem com 12,9% e 5%, respectivamente.

Além da Geração Distribuída que consiste em micro e mini geradores, podendo ser instalados por consumidores residenciais que auxiliam na geração do sistema através do despacho de energia excedente. No momento a geração distribuída representa 11% da capacidade total, sendo a maior parte da geração distribuída proveniente de energia eólica e solar através de projetos residencias com relógios medidores bidirecionais que permitem o fluxo de potência nos dois sentidos, ou seja, permitem injeção de potência do consumidor para a rede.

Esse equilíbrio entre diferentes fontes de geração demonstra a diversificação da matriz elétrica brasileira e seu compromisso crescente com fontes renováveis.

Dados Estatísticos da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica)

Os dados estatísticos da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) oferecem uma visão abrangente dos sistemas elétricos de potência (SEP) no Brasil, no ano de 2023.

– Infraestrutura

O SEP brasileiro é um gigante em termos de infraestrutura de transmissão. Com uma extensão impressionante de 1,2 milhão de quilômetros de linhas de transmissão, o Brasil assegura que a eletricidade seja eficazmente conduzida das usinas geradoras até os centros de consumo em todo o país.

As redes de distribuição também abrangem cerca de 10 milhões de quilômetros, garantindo que a eletricidade chegue aos consumidores finais de maneira eficiente. Sua grande extensão é fundamental para atender às necessidades variadas dos consumidores, desde residências até grandes indústrias.

Consumo de Energia

O consumo de energia elétrica no Brasil em 2023 atingiu o marco de 625,6 bilhões de quilowatts-hora. Isso reflete o papel fundamental da eletricidade na vida moderna e na economia brasileira, além disso, a energia elétrica responde por cerca de 30% do consumo total de energia no Brasil, destacando sua relevância no cenário energético nacional.

O Brasil não apenas se destaca como um dos maiores produtores de energia elétrica do mundo, ocupando a 8ª posição global, mas também como o 5º maior consumidor de energia elétrica na América Latina.

– Linha de Transmissão de Itaipu: Reconhecida como a maior do mundo, ela se estende por cerca de 750 quilômetros conectando a Usina Hidrelétrica de Itaipu ao sistema elétrico brasileiro. Com uma capacidade instalada de 14.000 megawatts, Itaipu é verdadeiramente uma maravilha da engenharia, localizada na fronteira entre Brasil e Paraguai.

– Rede de distribuição de energia de São Paulo: Com a missão de atender a uma população de 12 milhões de pessoas, esta é a maior rede de distribuição de energia elétrica do Brasil. Ela desempenha um papel vital ao garantir que a eletricidade chegue de maneira eficaz a uma área altamente densamente povoada e industrializada.

Sobre o autor:

Bruna Maia
Formada em Jornalismo pelo Centro Universitário Teresa D’ávila (UNIFATEA) e social media designer.

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