UNIVERSIDADE CATÓLICA DE

BRASÍLIA

PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

Curso de Física

Sistema Interligado Nacional (SIN) com ênfase

no Controle de Tensão

Autor: Eduardo Augusto Ferreira Alves

Orientador: Prof. Dr. Sérgio L. Garavelli

BRASÍLIA 2008

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Eduardo Augusto Ferreira Alves

Sistema Interligado Nacional – SIN

com ênfase no Centro Regional de Operação Norte/Centro-Oeste

Trabalho de Conclusão de Curso submetido à Universidade Católica de Brasília para

obtenção do Grau de Licenciado em Física. Orientador: Prof. Dr. Sérgio Luiz Garavelli

Brasília Novembro de 2008

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SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL: COM ÊNFASE NO CONTROLE DE TENSÃO RESUMO O Sistema Interligado Nacional (SIN) é formado pelas empresas do setor elétrico das regiões Sul, Sudeste, Centro-Oeste, Nordeste e parte da região Norte do Brasil. O presente trabalho traz as definições dos principais equipamentos do sistema de potência e revela a importância do controle de tensão para o sistema elétrico em geral. A finalidade do horário de verão para a operação do sistema. Em anexo, o diagrama esquemático da rede de operação sistêmica e regional local, ou seja, localização das usinas e linhas de transmissão do sistema norte / centro-oeste geoelétrico. Utilizando-se recursos do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) como: ferramenta computacional (DOC’s 12); Relatório Diário da Operação (RDO) e diagramas do SIN da área Norte / Centro-Oeste, com o objetivo de relacionar a teoria com a prática. PALAVRAS CHAVES: SIN. ONS. Energia Elétrica. Equipamentos para controle de tensão.

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1. INTRODUÇÃO O setor elétrico brasileiro nos últimos anos tem evoluído muito no sentido de

gestão de energia. No final da década de 90 foram criados vários órgãos, públicos e

privados; exemplo: Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE), Operador

Nacional do Sistema Elétrico (ONS), Agencia Nacional de Energia Elétrica (Annel),

Conselho Nacional de política Energética (CNPE), Empresa de Pesquisa Energética

(EPE), Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico (CMSE) no sentido de administrar,

fiscalizar, monitorar, supervisionar, comandar o setor.

Antes da desverticalização do setor as empresas de grande porte como FURNAS,

ELETRONORTE, ELETROSUL, CHESF, etc. priorizavam a compra de energia entre si,

com isso descartava a possibilidade de novos investimentos por parte das empresas de

pequeno porte. Com a reestruturação do modelo do setor elétrico brasileiro, novas

atribuições foram definidas para a operação do sistema elétrico que alteraram

significativamente os paradigmas anteriores, as relações entre as organizações

envolvidas e a forma de execução das atividades, tornando o processo ainda mais

complexo (OLIVEIRA, 2007).

Em todo o planeta, um sistema interligado apresenta diversas vantagens:

confiabilidade, flexibilidade, continuidade, segurança e economia. Leis foram criadas a fim

de determinar regras claras para o setor; Lei 10.848/2004 incentiva investidores na

compra de consórcios de transmissão, geração e distribuição de energia elétrica. Além de

esclarecer o papel estratégico do Ministério de Minas e Energia (MME), enquanto órgão

mandatário da União; reforçar as funções de regulação, fiscalização e mediação da Aneel;

organizar as funções de planejamento da expansão, de operação e de comercialização. O

ONS é responsável pela coordenação e controle da operação das instalações de geração

e transmissão de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional (SIN) da rede de

operação; definidos em rede básica, complementar, operação, supervisão e simulação.

O objetivo desse trabalho: relacionar os fenômenos físicos da natureza

eletromagnética com o sistema elétrico brasileiro; conhecer os sistemas de transmissão

de energia elétrica da região Norte / Centro-Oeste do Brasil; apresentar os principais

equipamentos para controle de tensão do SIN; implementação do horário de verão e seus

benefícios para a operação do sistema elétrico.

2. Metodologia

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Para a construção do trabalho, inicialmente realizou-se pesquisa em artigos

científicos, base de dados do ONS, sites, jornais e livros didáticos. O papel do ONS no

setor elétrico brasileiro, sua responsabilidade atribuições perante aos centros de operação

dos agentes; para a definição dessa atividade (SANTOS, 2005), esclarece bem esse

papel. Função de cada equipamento da rede de operação, e os conceitos importantes

para operação do sistema.

A metodologia do trabalho é relacionar a teoria com a prática, definição teórica de

cada equipamento elétrico extraído de livros didáticos de física e sites de universidades

do Brasil versus aplicação na prática dos equipamentos elétricos no sistema de potência.

Em anexo, segue documentos extraídos do ONS sobre perturbações no SIN em unidades

geradoras, banco de capacitores e linhas de transmissão referente à área Norte / Centro-

Oeste do Brasil.

3. Criação do ONS

Em 1º de março de 1999 o Operador Nacional do Sistema Elétrico assumiu a

coordenação, supervisão, monitoração e comando da operação do SIN. Em 11 de março

de 1999 tivemos o primeiro blecaute da era ONS, os tempos gastos na recomposição

foram considerados bastantes pequenos por empresas de consultoria internacional que

analisou o desempenho das equipes de operadores e a filosofia adotada. Em 21 de

Janeiro de 2002 tivemos outro grande blecaute no Sistema Elétrico Brasileiro e

novamente a estratégia de recomposição foi bastante eficiente. Desde então o ONS vem

exercendo suas funções no setor elétrico brasileiro. Para Márcia Pereira dos Santos (apud

SANTOS, 2005):

“O ONS tem uma função vital para a economia e o bem estar social, pois ele é o órgão responsável por coordenar e controlar a operação das instalações de geração e transmissão de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional (SIN). Instituído pela lei 9.648/98 e pelo Decreto 2.655/98, o ONS teve seu funcionamento autorizado pela Aneel, com a Resolução 351/98, e assumiu o controle da operação do SIN em 1º de março de 1999. Recentemente, um Novo Modelo do Setor Elétrico foi instituído pela lei 10848/04, cujo Decreto 5081/04 regulamentou os artigos da lei 9648/98 e o artigo 23 da lei 10848/04, os quais introduziram modificações na política de gestão do ONS, mas não nas suas atribuições. Estas foram ratificadas pelo governo. Na nova estruturação, a direção da empresa é constituída por uma diretoria colegiada, composta pelas quatro diretorias já existentes, e o diretor geral. A principal modificação na gestão do ONS consiste na maior independência que esta diretoria tem sobre suas decisões”.

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A estrutura organizacional do sistema elétrico brasileiro está representado no

diagrama na figura 1, onde mostra relações entre a operação do sistema e a operação

das instalações na rede de operação.

Para que o ONS possa cumprir suas atribuições legais, foram conceituadas as

seguintes redes: a rede básica é a rede oficialmente definida e regulamentada pela

ANEEL; rede complementar é a rede fora dos limites da rede básica, cujos fenômenos

têm influência significativa na operação ou no desempenho da rede básica; rede de

operação é a união da rede básica, da rede complementar e das usinas despachadas

centralizadamente; a rede de supervisão é a rede de operação e outras instalações cuja

monitoração via sistema de supervisão são necessárias para que o ONS cumpra suas

responsabilidades de operação do SIN; rede de simulação é a rede de supervisão e

outras instalações necessárias que devem ser representadas nos programas de

simulação para garantir que os estudos elétricos desenvolvidos pelo ONS, no

cumprimento das suas responsabilidades, apresentem resultados que reproduzam, com

grau de precisão adequado, os fenômenos que ocorrem no SIN.

Figura 1 - Relações entre a operação do sistema e a operação das instalações na rede de operação. Fonte: ONS (2008)

4. Conceituando

Desde a Grécia antiga observou-se com o filosofo, Tales de Mileto, ao esfregar um

âmbar com pele de carneiro e depois colocado próximo a pequenos pedaços de plumas:

eram atraídos pelo âmbar. Um estudo mais sistemático da eletricidade começou com

OPERAÇÃO DO SISTEMA

OPERAÇÃO DAS INSTALAÇÕES DE GERAÇÃO

OPERAÇÃO DAS INSTALAÇÕES

DE TRANSMISSÃO OPERAÇÃO DAS INSTALAÇÕES

ONS

Agentes de Geração

Agentes de Transmissão e Distribuição

Demais Agentes de Operação

Comando Execução Supervisão

Comando Execução Supervisão

Coordenação Controle Supervisão

Comando Execução Supervisão

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William Gilbert (1544-1603) descobriu também que ao se esfregar seda num pedaço de

vidro este adquiria propriedade semelhante, com algumas características diferentes, e

deu nome aos dois efeitos, chamando-os de eletricidade resinosa referente ao âmbar e

eletricidade vítrea referente ao vidro. O nome elétrico deriva da palavra grega Elektron,

que significa âmbar (PEREIRA, 1997).

Praticamente todos os equipamentos, tanto aqueles usados num sistema de

potência quanto os que funcionam como a energia suprida por este sistema, são

projetados para funcionar num dado nível de tensão, a tensão nominal ou tensão de

placa. Se a tensão utilizada para o funcionamento destes equipamentos afasta-se deste

valor, o desempenho bem como a expectativa de vida dos mesmos caem. Por exemplo, o

conjugado de um motor de indução é proporcional ao quadrado da tensão aplicada; o

fluxo luminoso de uma lâmpada incandescente varia fortemente com a tensão.

As concessionárias distribuidoras de energia elétrica têm que entregar seu produto

dentro de faixas de tensão compatíveis com seus consumidores. As empresas que

entregam energia a essas concessionárias trabalham dentro de faixas pré-estabelecidas.

As tensões de sistemas variam em decorrência das variações de carga e distúrbios, tendo

por isso que ser controladas. Enquanto no caso da freqüência temos variações normais

na faixa de poucos centésimos de Hertz (-+0,03Hz), por exemplo, em barramentos de 138

kV de entrega de energia as concessionárias de distribuição são admitidas faixas de

variação de ate 7 kV (135-142 kV).

4.1. Efeitos danosos das variações de tensão

As variações excessivas de tensão podem ocorrer nos dois sentidos, isto é, os

sistemas elétricos colocam os equipamentos sujeitos a ocorrência de sobretensão1 e

subtensões2.

Tensões de operação muito baixa podem causar sobrecorrentes em motores

provocando o desligamento por atuação de sua proteção e, até mesmo, queima destes

equipamentos. Ainda nestes motores, baixas tensões podem impedir a partida do motor

em função do baixo conjugado obtido. Lâmpadas e equipamentos industriais e

residenciais apresentam problemas variados quando submetidos à operação sob baixas

1 - Tensões excessivamente baixas. 2- Tensões excessivamente altas.

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tensões. Modernos sistemas de controle de produção industrial também são afetados. A

operação com tensões baixas pode acarretar riscos de instabilidade no sistema elétrico.

Em situações extremas chegamos ao colapso de tensão, que corresponde à perda da

margem de regulação de tensão. Até mesmo o fenômeno de instabilidade de tensão já foi

experimentado pelo sistema elétrico brasileiro.

A operação sob tensões baixas, ainda que nos limites mínimos das faixas

aceitáveis, pode ter conseqüências graves na ocorrência da perda de equipamentos como

geradores e linhas de transmissão.

Por sua vez, tensões de operação muito altas causam problemas aos isolamentos

dos equipamentos, danificando-os pela ocorrência de curto-circuito. Este tipo de operação

leva os equipamentos a ficarem sujeitos a sobrecorrentes de efeitos danosos diversos em

tipo e intensidade. Processos de controle industriais perdem sua capacidade de operação

sob essas condições.

A operação com tensões altas pode acarretar danos ao isolamento dos

equipamentos e componentes do sistema elétrico de potência. Surgem também as

danosas sobrecorrentes. Pára-raios podem ser queimados ou até mesmo levados à

explosão. Máquinas síncronas podem sofre os danos de sobreexcitação. Outros

equipamentos podem ser desligados por atuação de proteções de sobretensão causando

grandes distúrbios no sistema. A operação sob tensões altas, ainda que nos limites

máximos das faixas aceitáveis, pode ter conseqüências graves na ocorrência de rejeições

de carga que levem o sistema a níveis insuportáveis de tensão.

Outro fator importante no controle de tensão, quanto à violação da faixa permitida

tanto inferior tanto para superior, são manobras operativas. Dependendo da manobra (em

linhas de transmissão, transformadores, capacitor série, etc.) esse limite é violado, sendo

registrada devidamente uma ocorrência. Segue abaixo, na figura 2, um exemplo de uma

ocorrência:

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Centro Responsável: COSR-NCO

Item para o Bom Dia Início

Data / Hora: Término

Data / Hora:

Acesso Público

22/05/2008 22/05/2008

Sim Seqüencial:

Não Processo Associado:

Não

02:09 02:27 01 Região/País: Área: Empresa de Origem: Empresa Afetada:

Norte/Centro-Oeste

Área Norte Eletronorte

Local: Assunto: Detalhe do Assunto: SE Presidente Dutra

Controle de Tensão Violação da faixa operativa

Descritivo para a Data de Início:

Operou abaixo da faixa operativa, a pedido do CNOS, para possibilitar manobras da LT 500 kV- FortalezaII / Quixadá/Milagres C1.

Autor: Clécio Dias Fontoura Criado em: 22/05/2008 02:20:42

Figura 2: Ocorrência criada no Relatório Diário da Operação (RDO) do ONS.

4.2. Controle de tensão

4.2.1. Recursos

Diversos recursos podem ser utilizados em um sistema para suprir a necessidade

de reativos em excesso ou em déficit, dependendo das condições de carga e das

características do sistema de transmissão. Capacitores podem ser conectados em

paralelo no barramento das subestações, suprindo uma carência de reativos do sistema

devido à natureza indutiva das cargas; Reatores são ligados em paralelo com os

barramentos, no terciário dos transformadores ou nos extremos de uma linha de

transmissão de comprimento apreciável para compensar a natureza capacitiva da linha;

Compensadores Estáticos ou Síncronos fornecem ou absorvem reativos à medida que as

tensões do sistema aumentam ou diminuem, com a variação da carga. Da mesma forma,

as Unidades Geradoras contribuem com a regulação de reativos e, em conjunto com

todos estes recursos, os LTCs3 dos transformadores possibilitam um remanejamento do

fluxo de reativos no sistema, melhorando os perfis de tensão.

3 - Load Tap Change LTC

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4.2.2. Capacitores

Capacitores são dispositivos constituídos por placas condutoras separadas por um

material isolante chamado dielétrico e que se baseiam no principio eletrostático de

acumulo de cargas elétricas. Sua finalidade no sistema de potencia é aumentar a tensão,

inseridos em um circuito de corrente alternada, fornecem energia reativa. Suas

vantagens: baixo custo pode ser instalado em subestações mais próximas da carga e

podem ser manobrados. Desvantagens: quando ligados ao sistema, a potência reativa

gerada por eles é reduzida com o decréscimo da tensão, indo contra a necessidade do

sistema. Analogamente, quando a tensão aumenta, aumenta a potência reativa fornecida

por eles; fornecem variações em degrau da potencia reativa gerada, de acordo com a

tensão em seus terminais.

Quando de desligamento automáticos em banco de capacitores, normalmente a

proteção atuada é a de desbalanço de tensão. Isto indica que, provavelmente, houve

rompimento de um ou mais elos fusíveis em uma das fases do banco de capacitores, o

que ocasiona o desbalanço de tensão desta fase em relação às outras. Uma inspeção

visual é realizada pelos operadores das instalações a fim de se constatar a existência de

elos fusíveis rompidos. Caso não se verifique esta condição ou quando o número de elos

rompidos é inferior ao limite para que o capacitor possa voltar à operação, o referido

banco poderá ser liberado para uma tentativa de energização. Normalmente, deve-se

aguardar um dado período entre religamentos de bancos de capacitores, para atenuar a

corrente de descarga. Da mesma forma, quando um banco de capacitores for desligado

para manutenção, também se deve aguardar um dado período antes do mesmo ser

aterrado.

Em alguns capacitores, não é possível a visualização de elos fusíveis rompidos

por serem internos à unidade capacitiva. Neste caso, há procedimentos específicos que

devem ser adotados de acordo com a proteção atuada.

4.2.3. Reatores

Reatores são dispositivos constituídos por bobinas condutoras que se baseiam no

principio eletromagnético de aumento de energia magnética em bobinas. Tem finalidade

de reduzir a tensão do sistema. Quando inseridos em um circuito de corrente alternada

absorvem energia reativa. A potência reativa absorvida é dada em Var. Suas vantagens:

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baixo custo; conforme a necessidade do projeto pode ser instalada em qualquer barra, ou

em terciário de transformadores, ou em extremidades de linhas de transmissão, evitando

sobretensões indesejáveis nos extremos da LT quando de rejeição de carga; podem ser

manobrados; quando ligados ao sistema, a potência reativa absorvida por eles, aumenta

com a elevação de tensão, ajudando a reduzir tensão. Desvantagens: fornecem variações

em degraus da potencia reativa absorvida.

Em períodos de carga leve, a natureza capacitiva das linhas de transmissão

prevalece em relação à natureza indutiva da carga. As tensões ficam bastante elevadas

em função do acréscimo de reativos no sistema. Em linhas de transmissão de grandes

comprimentos é comum a instalação de banco de reatores em seus terminais. Algumas

vezes, a operação da linha esta condicionada a operação do reator e em outros casos, a

LT poderá operar sem que o reator esteja ligado a ela. Porém, durante a recomposição do

sistema após perturbações, os reatores de linha apresentam uma importância

fundamental reduzindo os níveis de tensão na energização de equipamentos, quando a

carga está interrompida ou muito reduzida em relação à operação normal.

4.2.4. Compensadores Estáticos

É composto por um conjunto de indutores e capacitores montados em paralelo e

que através de comando eletrônico tem sua potência reativa resultante variável, em

função da necessidade do sistema, gerando ou absorvendo potência reativa.

A função do compensador estático é regular a tensão do barramento, pela

compensação de energia reativa e amortecer oscilações dinâmicas de tensão que

possam aparecer durante perturbações no sistema. Pode operar em modo automático ou

em manual. No modo de operação “automático”, o compensador estático atua,

constantemente, alterando o ângulo de disparo dos tiristores, que varia a potência de

reatores de zero até a sua potência máxima, que em composição com a potência

fornecida pelos bancos de capacitores, resulta em uma potência reativa variável de

natureza ora indutiva, ora capacitiva, controlando uma tensão de referência de um

determinado barramento. No modo de operação “manual”, o compensador estático irá

operar com potência fixa, até que seja realizado um comando manual, atuando no ângulo

de disparo no sentido de elevar ou reduzir o reativo, de modo a permitir uma correção da

tensão para o valor de referência.

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A potência reativa capacitiva de um compensador estático é gerada a partir de

filtros de harmônicos, que evitam que as correntes de harmônicos geradas pelos tiristores

se propaguem pelo sistema.

4.2.5. Compensadores Síncronos

O princípio de funcionamento de um compensador síncrono, no que diz respeito à

sua capacidade de absorção ou fornecimento de energia reativa é o mesmo de um

gerador síncrono. Na verdade é um motor síncrono, sem extensão dos eixos para

associação de carga mecânica.

A importância de um compensador síncrono é em relação à sua versatilidade.

Respondem automaticamente as variações de tensão do sistema, tanto fornecendo como

absorvendo reativos e podem ser instalados em subestações mais próximas aos centros

consumidores. Porém, sendo uma máquina rotativa, apresenta a desvantagem de alto

custo e manutenção difícil.

4.2.6. Unidades Geradoras

O principio de funcionamento dos geradores permite tanto o controle de sua

potência ativa, como de sua potência reativa, através da variação da corrente de

excitação do campo dos geradores.

A corrente de excitação de um gerador tem a finalidade de suprir uma força

magneto motriz adequada à produção do fluxo magnético necessário para gerar uma

determinada força eletro motriz nos enrolamentos do campo girante. A tensão nos

terminais de uma unidade geradora é mantida dentro de uma faixa pré-determinada,

através do regulador de tensão do gerador. Mesmo que as tensões do sistema variem, a

tensão nos terminais do gerador é mantida pelo regulador de tensão, que atua,

automaticamente, variando a corrente de campo.

Ao excitarmos o gerador com uma corrente de magnetização acima da

necessidade própria de magnetização dos enrolamentos de campo, o gerador exporta

esse excesso de potência reativa para o sistema. Neste caso, dizemos que o gerador

funciona sobreexcitado. Ao excitarmos o gerador com uma corrente de magnetização

abaixo da necessidade de magnetização dos enrolamentos de campo, o gerador

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necessita absorver reativo do sistema. Neste caso, dizemos que o gerador opera

subexcitado.

Essa característica do funcionamento das unidades geradoras absorvendo ou

gerando reativos é utilizada como um dos principais recursos de controle de tensão no

sistema elétrico.

A potência reativa máxima absorvida ou fornecida por uma unidade geradora é

definida segundo a sua curva de capabilidade4.

4.2.7. Linhas de transmissão

As linhas de transmissão apresentam intrinsecamente, além da sua resistência

própria, uma indutância devido à condução em corrente alternada e uma capacitância

gerada pela distancia entre seus condutores e entre seus condutores e a terra.

O efeito da resistência da LT é o de sempre produzir queda de tensão, porém, o

efeito indutivo ou capacitivo da linha prevalece de acordo com a carga do sistema. No

caso de cargas leves, baixos carregamentos na LT reduzem a magnetização do elemento

indutivo da linha. Prevalece e a natureza capacitiva da linha, gerando reativos para o

sistema, elevando as tensões no terminal receptor em relação ao terminal transmissor.

Quando a corrente da carga aumenta, a queda de tensão através da reatância indutiva

aumenta e a energia eletrostática do elemento capacitivo diminui. A natureza indutiva da

linha prevalece e a linha passa a absorver reativo do sistema, reduzindo a tensão do

terminal receptor em relação ao terminal transmissor.

4.2.8. Tapes de Transformadores

Vários transformadores do sistema apresentam além dos tapes fixos, trocados

muito raramente e com o transformador desligado, tapes5 que podem variar em carga,

automaticamente, ou sob comando do operador de sistemas. Os LTC’s não são

considerados fontes de reativos; eles têm a propriedade de deslocar potência reativa de

um lado para outro do sistema, melhorando os perfis de tensão.

4 - A curva de capabilidade determina os limites de potência reativa, em função da potência ativa gerada. 5 - Também chamado de LTC – (Load Tap Changinging): variação de tape em carga.

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O LTC envolve mais do que uma simples alteração do valor modular da tensão,

mas sim toda uma movimentação de reativos e variação do perfil de tensão ao longo do

sistema. È útil reparar que os reativos gerados pelas máquinas distantes da carga podem

ser otimizados através da movimentação adequada de tapes ao longo do sistema. Nas

barras de interligação de sistemas, os LTCs são operados manualmente conforme a

necessidade requerida na estratégia de controle do sistema como um todo (Gabriela

Pereira, 2003).

5. Períodos de carga

Quando de um comportamento típico, ao longo de um dia, podemos dividir a curva

de carga nos períodos de Carga Leve, Carga Média e Carga Pesada.

A tabela-1 a seguir apresenta os períodos de carga definidos nas

Instruções de Operação vigentes do ONS; na tabela-1 considera-se levando em

consideração o horário de Brasília-DF:

Tabela 1: Períodos de Carga para Operação da Interligação Norte / Nordeste.

Carga Dias Horário

Pesada Segunda a sábado 17 às 22

Segunda a sábado 07 às 17 e 22 às 24 Média

Domingo e feriado 17 às 22

Terça a sábado 00 às 07 Leve

Domingo e feriado 00 às 05, 10 às 17 e

22 às 24

Segunda 00 às 07 Mínima

Domingo e feriado 05 às 10

Uma boa visualização destes períodos de carga pode ser feita quando observamos uma

curva típica como apresentada na figura 3.

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Figura 3: Gráfico de potência ativa (MW) X período (horas). (DOC’s 12, ONS)

A figura 3 representa a carga do norte / centro-oeste no dia vinte e quatro de setembro de

2008.

Já na figura 4 é dada a carga do Distrito Federal nos dias seis, sete e oito de

outubro de 2008 (respectivamente segunda, terça e quarta-feira). Observa-se que é bem

característica a curva da carga.

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Figura 4: Carga do Distrito Federal em função do período (DOC’s 12, ONS).

Curva característica no final de semana, apresentada na figura 5; a carga do DF

diminui em determinados períodos ao longo do dia, isso devido a menos equipamentos

elétricos ligados à rede de distribuição.

Figura 5: Carga do Distrito Federal referente ao dia 05/10/2008 (DOC’s 12, ONS).

17

As transições entre os períodos de carga caracterizam-se por variações nas

condições de operação gerais do sistema. Evidentemente, não há regra rígida para os

horários, duração e procedimentos a serem seguidos nestes momentos, no entanto, a

forma típica da curva de carga é um indicio da possibilidade de antecipações de ações6

por parte dos operadores.

O horário de verão, no sistema elétrico, tem influência no período de ponta da

carga (horário de pico), baseia-se no maior aproveitamento da iluminação natural.

Observa-se na figura 5, por exemplo, ás 18h00min começa uma elevação na carga de

forma considerável, horário iluminação do sol. Segundo o ONS:

“O Horário de Verão é uma medida que se baseia no maior aproveitamento da

iluminação natural, produzindo alterações na forma da curva de carga dos subsistemas e

Sistema Interligado Nacional, principalmente no horário correspondente ao anoitecer. A

conjugação de fatores tais como a mudança de comportamento dos consumidores e o

término do expediente de trabalho, ainda com luz natural, associado ao retardo do início

da utilização da iluminação pública, reduz a coincidência do consumo de energia elétrica

acarretando redução na demanda máxima dos subsistemas e do Sistema Interligado

Nacional.”

“Verifica-se que pelo fato do horário de verão aproveitar a extensão do período de

luminosidade natural, a redução da carga de energia da ordem de 0,5% não é

tão significativa quanto a redução de demanda do horário de ponta.”

“Do ponto de vista da segurança operacional do sistema, a implantação do Horário

de Verão é relevante pela redução de demanda proporcionada na hora da ponta de carga.

Tal fato resulta em diminuição do carregamento das instalações de transmissão, maior

flexibilidade no controle de tensão em condições normais de operação, com reflexo,

principalmente, na segurança elétrica em situações de emergência, por minimizar ou

mesmo evitar a necessidade de corte de carga nessas situações, bem como, pela

economia relacionada à redução de geração térmica evitada para o atendimento a essas

contingências.”

È importante, na definição das manobras do controle de tensão, a visão global do

sistema para explorarmos os recursos nas linhas de transmissão como um todo e sempre

que possível se antecipando.

6 - Nesse caso, refere-se fazer o controle preventivo (depende do operador).

18

Na transição da carga média para a carga leve, por volta de 0h00min, com a

tendência de tensões altas pela redução de carga e excesso de reativos gerados pelas

linhas pouco carregadas, são ações comuns e necessárias: retirada de capacitores,

colocação de reatores, movimentação de LTC, subexcitação de unidades geradoras,

subexcitação de compensadores e desligamento de linhas de transmissão dependendo

do caso.

Na transição de carga leve para a carga média, por volta de 7h00min, com a leve e

gradativa tendência das tensões sofrerem redução pela elevação de carga e redução de

reativos gerados pelas linhas pouco carregadas, são ações comuns: religamento das

linhas de transmissão, movimentação de LTC, sobrexcitação de unidades geradoras,

sobrexcitação de compensadores, retirada de reatores e colocada de capacitores no

sistema elétrico.

Na transição da carga média para a carga pesada, por volta de 17h00min, com a

rápida redução das tensões pela elevação de carga e consumo de reativos pelas linhas

bastante carregadas, são ações comuns: movimentação de LTC, sobrexcitação de

unidades geradoras, sobrexcitação de compensadores e colocação de capacitores.

Na operação de sistema os compensadores síncronos devem ser mantidos,

sempre que possível, em torno de zero Mvar para que tenham margem de resposta nas

perturbações que acarretem subtensões ocasionadas por perdas de linhas de

transmissão, perdas de unidades geradoras ou perdas de equipamentos de controle de

tensão, ou sobretensões, rejeições de carga do sistema.

A utilização conjunta dos recursos disponíveis no sistema é fundamental no

controle de tensão. Uma característica marcante dos sistemas interligados é a influencia

de ações em pontos do sistema com conseqüências em outros pontos, relativamente

distantes. Estudos com os sistemas elétricos modelados e simulados em computador

podem apontar a influencia dos diversos recursos de controle de tensão nas diferentes

barras do sistema, classificando-as em função da maior ou menor influencia de cada um

destes equipamentos.

Desta forma, alguns recursos podem ser classificados como recursos locais de

controle de tensão uma vez que a influencia significativa de sua retirada ou inserção se

restringe a um grupo pequeno se pontos, em geral, próximos da carga ou pontos de

intercambio entre empresas ou entre os sistemas de transmissão e distribuição. Sua

atuação se assemelha muito a compensação reativa local as cargas necessárias em

função dos valores do fator de potencia das mesmas. Ouros recursos, no entanto têm

19

influencia significativa em um número maior de barramentos quando conectados,

desconectados ou simplesmente explorados por atuação dos operadores. Apesar de

estes barramentos sob influencia estarem dentro de uma mesma área ou região, este tipo

de recurso, muitas vezes, é ponto decisivo para o estabelecimento de um perfil adequado

de tensão nos significativos troncos de transmissão do sistema. Por esta característica,

consideramos estes recursos como recursos regionais ou sistêmicos de controle de

tensão.

Ainda ocorrem os casos mais específicos em que recursos de tensão são

identificados pelos estudos de simulação e pela pratica operativa como significativamente

influentes em pontos de intercambio entre regiões ou até mesmo afetando a tensão em

barramentos de regiões distintas do sistema interligado.

Evidentemente, no estabelecimento da política de coordenação do controle de

tensão, cada um destes tipos de recursos tem um tipo especifico de tratamento. Sendo

assim, considerando a situação atual em que a operação do SIN depende da atuação de

centros locais, centros regionais e do centro nacional, a responsabilidade pela utilização

dos recursos tem a seguinte formação:

• Recursos locais – são basicamente operados por atuação dos centros

locais quando contratados para tal função ou, caso não haja esse tipo de

contratação, pelos centros regionais correspondentes. A aplicação deste

recurso visa o ajuste local de tensões em pontos de entrega de energia e,

muitas vezes, é promovida pelo contato direto de empresas distribuidoras

ou até mesmo consumidores específicos com o ONS para atendimento de

suas necessidades locais.

• Recursos regionais ou sistêmicos – são operados por atuação dos centros

regionais correspondentes. A aplicação destes recursos visa o ajuste de

tensões nos tronco de transmissão, permitindo o suporte de potência

reativa necessária para perfis adequados até os pontos de entrega de

energia.

Evidentemente, a experiência dos operadores que atuam nos centros locais ou no

centro nacional pode antever situações em que recursos de controle de tensão deste tipo

sejam necessários e, neste caso, os mesmos fazem contato com os centro regionais para

debates técnicos sobre o assunto. Esse tipo de debate também ganha importância na

medida em que, como já foi visto anteriormente, manobras providas em recursos

20

sistêmicos podem ir de encontro e até mesmo anular os efeitos desejados com atuações

simultâneas em recursos locais.

Os recursos que atuam nos pontos de intercambio de energia entre as regiões

devem merecer uma atenção mais detalhada, uma vez que o perfil de tensão nestes

troncos de intercambio é fator fundamental para a estabilidade dos sistemas

individualmente, entre os sistemas conectados e para a própria transferência de energia

nos valores desejados. Estes recursos são utilizados sob responsabilidade dos centros

regionais ou do centro nacional e, sua utilização é fator básico para o perfil de tensão do

sistema no âmbito global. É importante notar que, apesar desta classificação dos

recursos, a coordenação na utilização dos diferentes tipos também não pode ser

negligenciada. Como já foi dito, efeitos da utilização de recursos de diferentes tipos

podem se somar ou se subtrair, prejudicando o resultado final desejado.

Outro momento em que o enfoque sobre os recursos de controle de tensão

apresenta-se um pouco modificado é na coordenação das manutenções. A liberação de

um equipamento para a manutenção com desligamento, obviamente, implica na sua

indisponibilidade. É fundamental a analise do comportamento do sistema na ausência

deste recurso quer seja em condições normais de operação ou em situações de perdas

simples de outros equipamentos. É fundamental que haja segurança de que a

manutenção do equipamento será realizada no período mais favorável para a mesma ou,

pelo menos, em momentos em que a sua indisponibilidade não seja danosa às condições

operativas gerais. Também é aspecto de destaque na operação do SIN, a coordenação

da utilização destes recursos quando dos momentos em que esteja em curso a

recomposição do sistema quer seja parcial ou global de uma região. A forma de

coordenação nestes momentos, por força da necessidade, assume particularidades dos

mais variados tipos. O estudo especifico destas situações não faz parte da abrangência

deste material, mas a sua existência deve ser ressaltada (Jayme Darriba, 2003).

6. Sistemas Interligados

Como o próprio nome define são sistemas oriundos da interligação de sistemas

menores. Instalações responsáveis pelo suprimento de energia elétrica a todas as regiões

do país interligadas eletricamente (Glossário ONS, 2008).

Sistema isolado é um sistema composto, em sua etapa mais primitiva, por um

gerador, uma linha de transmissão e equipamentos de consumo. No passado, quando do

21

inicio da utilização da energia elétrica com fins de proporcionar algum tipo de conforto,

cada cidade instalava seu próprio sistema de produção de energia. Com o passar do

tempo, e o crescimento da utilização da energia elétrica, estes sistemas primitivos foram

aumentando de tamanho e por conveniência ou necessidade foram se interligando e se

tornando cada vez maiores.

6.1. Fatores que influenciaram na interligação de sistemas

• Hidráulicidade – existem no Brasil oito bacias hidrográficas; vamos citar as

cinco maiores que são: Bacia do rio Amazonas, do rio Paraná, do rio São

Francisco, do rio Paraguai e do rio Uruguai. Diferenças nos regimes de

chuva fazem com que períodos de cheias em ema região correspondam a

períodos de seca em outra e vice-versa. A interligação de sistemas

elétricos situados em bacias hidrográficas diferentes faz com que na

escassez de água em uma determinada bacia as empresas situadas nesta

bacia possam ser socorridas pelas empresas situadas em outra bacia que

esteja em melhores condições de armazenamento.

• Crescimento da carga – com o crescimento econômico e o conseqüente

aumento do consumo de energia elétrica os pequenos sistemas existentes

iam atingindo sua capacidade máxima de geração. Para atender ao

aumento da demanda novas usinas necessitavam serem construídas. A

interligação dos sistemas isolados permitiu que uma empresa que tivesse

sobras de energia pudesse vender esta energia excedente para a empresa

que estivesse com déficit.

6.2. Vantagens e desvantagens da interligação de sistemas 6.2.1. Vantagens

• Ajuda de um sistema para o outro durante manutenção de geradores;

• Possibilidade de venda de energia de um sistema com superávit para outro

com déficit;

• Ajuda de um sistema para outro em caso de perturbações;

• Melhoria na estabilidade do conjunto e conseqüentemente no controle da

freqüência.

6.2.2. Desvantagens

22

• Repercussão de perturbações de um sistema nos outros;

• Necessidade de instalação de medição para faturamento e supervisão;

• Instalação de equipamentos automáticos para controle de intercâmbio.

7. Considerações finais

A tensão ou voltagem; os carregamentos (corrente elétrica); freqüência e

confiabilidade, ou seja, capacidade do sistema elétrico de suportar contingências;

caracterizam a qualidade de um fornecimento.

Não há duvidas de que a eletricidade é essencial para a sociedade. A maior parte

das atividades econômicas ou de lazer depende dela para ser realizada.

No Brasil, o sistema de produção, transporte e distribuição de energia elétrica tem

múltiplos proprietários e é interconectado desde o leste do Pará até o Rio Grande do Sul,

formando o Sistema Interligado Nacional (SIN). São 170 agentes associados, que

integram as usinas, subestações e linhas de transmissão. O SIN tem algumas

características, que o tornam único em escala global. Em primeiro lugar, é um sistema de

grande porte, com mais de 84.000 MW instalados em usinas hidroelétricas, térmicas e

termonucleares. São 54 usinas com reservatório, 55 a fio d’água e 4 de bombeamento, 31

empresas publicas e privadas. A rede de transporte de energia é outra particularidade do

SIN, são mais de 83 mil quilômetros de linhas de transmissão em tensões iguais ou

superiores a 230 kV, pertencentes a 35 empresas transmissoras em 321 subestações.

Para garantir a produção de energia ao menor custo, com padrões adequados de

segurança e continuidade, é preciso desenvolver uma serie de atividades, são ações que

o ONS vem desenvolvendo ao longo dos seus dez anos de existência (OLIVEIRA, 2007).

A maior parte da energia elétrica consumida no Brasil é gerada através da

conservação da energia hidráulica e da energia térmica. A energia é gerada em corrente

alternada trifásica e transmitida para os centros de consumo através de linhas de

transmissão também trifásicas. A energia elétrica deve chegar aos consumidores dentro

de determinados padrões de continuidade, confiabilidade e qualidade. Em sua

representação mais simplificada, um sistema de energia elétrica pode ser dividido em:

produção, transmissão e distribuição. Nas figuras 6,7,8,9 e 10, localizadas em anexo,

representa cada cor uma classe de tensão: cor vermelha para linha de transmissão de

500 kV; cor azul para linhas de transmissão de 345 kV; cor verde para linha de 230 kV e

23

cor amarelo para 138 kV. Cada circulo no diagrama representa uma subestação, CE:

compensador estático e usinas são representadas por um sinal de tio (~) dentro de um

circulo.

9.1. Anexo

Figura 6 – Estado do Mato Grosso Fonte: ONS (2008)

24

Figura 7 - Área Goiás / Brasília Fonte: ONS (2008)

25

Figura 8 - Área Norte - Estado do Tocantins Fonte: ONS (2008)

26

Figura 9 - Área Norte - Estado do Pará Fonte: ONS (2008)

27

Figura 10 - Área Norte - Estado do Maranhão Fonte: ONS (2008)

28

10. Referência Bibliográfica Eletrobrás. Disponível em: <http://www.eletrobras.gov.br/elb/portal/data/Pages/LUMIS482AEFCFPTBRIE.htm>. Acessado no dia 07 de jul. 2008.

Roberto Pereira d,Araújo, Carlos Augusto Amaral Hoffmann. O novo contexto do setor elétrico brasileiro. ¾ Rio de Janeiro: CNI, COINFRA, 1997.

Operador Nacional do Sistema Elétrico. Procedimentos de rede – Modulo 10: Manual de Procedimentos da Operação. ONS. 2008. Wikipédia. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletricidade>. Acessado no dia 09 de set 2008. OLIVEIRA, Adel Mendonça Souza. Estratégia para integração das áreas de operação em tempo em tempo real e pós-operação dos centros de operação do ONS. Trabalho de conclusão de curso. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. IAG Master em Desenvolvimento Gerencial. CAISE. 2007. Rede Energia. Disponível em: <http://www.gruporede.com.br/regulacao/setor.asp> . Acessado no dia 11 set. 2008. Wikipédia. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%B3ria_da_electricidade>. Acessado no dia 11 set 2008. Wikipédia. Disponível em: <http://www.bdtd.ufu.br/tde_arquivos/11/TDE-2006-02-07T105218Z-92/Publico/WARagnev2DISSPRT.pdf>. Acessado no dia 07 de out. 2008.

SANTOS, Márcia Pereira. O Trabalho em Equipe como Fator de Integração. Trabalho de conclusão de curso. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. IAG Master em Desenvolvimento Gerencial. CAISE. 2005.

ONS. Expectativa dosBenefícios com a implantação do Horário de Verão. Disponível em: <http://www.ons.org.br/download/avaliacao_condicao/horario_verao/HV2007.08.pdf>. Acessado no dia 10 nov. 2008.