MAPA – EELE – ANÁLISE DE SISTEMAS DE POTÊNCIA – 54_2025

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Objetivo
Aplicar os conceitos fundamentais de análise de sistemas elétricos de potência em um sistema proposto, envolvendo:
– Representação em sistema por unidade (p.u.) e transformação de base;
– Avaliação de qualidade da energia elétrica;
– Discussão introdutória sobre estabilidade em sistemas elétricos.

Atividade Proposta
Modelagem de um Sistema Simplificado
Para aplicar os conceitos envolvendo mudança de base e representação por unidade, considere o sistema trifásico a seguir, operando em regime permanente e equilibrado:

1- Sua primeira atividade é representar o sistema em unidades por unidade (p.u.), realizando as devidas transformações de base (base comum de potência e tensão), e apresentar os cálculos e conclusões acerca de:
a) Fator de potência da carga.
b) Potências ativa e reativa na carga, na linha e no gerador.
c) Queda de tensão.
d) Tensão no terminal do gerador, dos lados 13,8 kV e 230 kV. Explique a relação entre elas e a justificativa da simplificação desta representação em p.u.

Nos Sistemas Elétricos de Potência (SEP), a qualidade da energia elétrica é um dos fatores fundamentais para a operação segura, eficiente e econômica. A presença de distorções harmônicas, quedas de tensão, flutuações de frequência e desequilíbrios entre fases impacta diretamente a confiabilidade do sistema e a vida útil dos equipamentos.

Um dos principais indicadores relacionados à qualidade da energia é o fator de potência (FP), que mede a relação entre potência ativa e potência aparente. Valores baixos de FP indicam elevada presença de potência reativa, exigindo maior corrente das fontes e sobrecarregando equipamentos como transformadores, linhas de transmissão e geradores.

As concessionárias de energia elétrica, em muitos países, estabelecem limites mínimos para o fator de potência (tipicamente em torno de 0,92 a 0,95). Valores abaixo desse limite podem gerar multas para os consumidores e perdas adicionais no sistema.

Além disso, as características de operação do SEP, como regulação de tensão, controle de frequência e estabilidade transitória, são diretamente afetadas pela forma como as cargas e as fontes se comportam. Uma operação eficiente depende do equilíbrio entre a geração e a demanda, da compensação reativa e da correta coordenação entre os dispositivos de proteção e controle.

2- Sua segunda atividade é sobre Qualidade da Energia Elétrica, fator de potência e características de operação em SEP.
a) Explique por que a correção do fator de potência é considerada uma prática essencial para a qualidade de energia em sistemas elétricos de potência. Em sua resposta, discuta os impactos de um fator de potência baixo no SEP, tanto do ponto de vista do consumidor quanto da concessionária.

b) Os sistemas elétricos de potência devem manter a tensão e a frequência dentro de limites adequados para garantir o fornecimento contínuo e estável de energia. Considerando esse cenário, descreva dois desafios operacionais enfrentados pelo SEP em relação à tensão e à frequência e explique como esses desafios estão relacionados ao comportamento das cargas e das fontes de geração.

A estabilidade em Sistemas Elétricos de Potência (SEP) está diretamente relacionada à capacidade do sistema de permanecer em equilíbrio após sofrer uma perturbação. Entre os distúrbios mais críticos estão os curtos-circuitos, que provocam bruscas variações de corrente e tensão, podendo comprometer a operação de geradores, linhas de transmissão e cargas.

Quando ocorre um curto-circuito, há uma rápida queda de tensão no ponto de falta e um aumento significativo da corrente elétrica. Esse fenômeno pode levar os geradores a perderem sincronismo caso não haja atuação adequada dos sistemas de proteção e controle. A estabilidade pode ser analisada sob diferentes perspectivas:

Estabilidade transitória: capacidade do sistema retornar ao equilíbrio após grandes distúrbios, como curtos-circuitos.

Estabilidade de regime permanente: manutenção do sincronismo frente a pequenas variações de carga.

O estudo da estabilidade é fundamental para dimensionar dispositivos de proteção, definir critérios de desligamento e garantir a continuidade do fornecimento de energia.

3- Sua terceira atividade é explicar como a ocorrência de um curto-circuito pode comprometer a estabilidade de um Sistema Elétrico de Potência. Em sua resposta, discuta:

O impacto imediato do curto-circuito nas tensões e correntes do sistema.

O efeito sobre o sincronismo dos geradores.

O papel dos sistemas de proteção na preservação da estabilidade.