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Os impactos do aumento da geração distribuída

Nos últimos anos, o Brasil tem diversificado suas fontes de energia elétrica renovável para reduzir a dependência da geração hidrelétrica. Nesse cenário, a geração distribuída (GD) surge como uma forma de aliviar a sobrecarga do sistema. As GDs são acomodadas pela microrrede, um sistema que pode operar conectado ou isolado da rede de distribuição.

O aumento do uso de recursos energéticos distribuídos (RED) no sistema elétrico também traz desafios, pois requer manter o equilíbrio entre geração e demanda, bem como assegurar a qualidade da energia, tanto em operação ilhada quanto em operação conectada à rede.

A adoção de GD permite que os consumidores finais gerem energia para si mesmos e também sejam recompensados pelo excedente produzido. Nesse cenário, a energia solar destacou‐se como a fonte de geração de eletricidade que apresentou a mais elevada taxa de crescimento nos últimos anos, impulsionada principalmente pela redução nos custos de implantação de sistemas fotovoltaicos.

Um sistema elétrico é considerado estável se é capaz de suportar variações decorrentes de distúrbios e retornar às condições normais de operação. O sistema de potência conta majoritariamente com a geração por meio de máquinas síncronas. Uma máquina síncrona opera a uma velocidade constante, sincronizada com a frequência da rede elétrica.

Por outro lado, as microrredes são compostas majoritariamente por fontes de geração baseadas em conversores, com participação reduzida de massas rotativas. Ao contrário do sistema de geração convencional, as GDs possuem baixa inércia, podendo até apresentar inércia nula.

Por esse motivo, há preocupação quanto à sua capacidade de resposta diante de falhas. No caso de GDs conectadas por inversores, é provável que surjam problemas de estabilidade após uma falha no sistema da concessionária, em unção da limitada capacidade de suporte a falhas desses inversores e do tempo de desligamento relativamente elevado dos disjuntores.

O aumento da inserção das GDs faz com que a solução do desafio de manutenção da estabilidade oscilatória se torne o principal problema a ser enfrentado. Oscilações eletromecanicas de baixo amortecimento são uma preocupação recorrente no setor elétrico. Quando presentes, podem ter o efeito indesejado de limitar a capacidade de transporte de potência em um sistema, acarretando impactos econômicos e operacionais negativos.

Referências

[1] BOGODOROVA, T.; OSIPOV, D.; VANFRETTI, L. Fast small-signal stability assessment using deep convolutional neural networks. Electric Power Systems Research, [S.l.], v. 235, p. 110853, out. 2024. DOI: 10.1016/j.epsr.2024.110853.

[2] BRASIL. Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Resolução Normativa nº 956, de 7 de dezembro de 2021. Anexo VIII – Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST: Módulo 8 – Qualidade do Fornecimento de Energia Elétrica. Brasília, DF: ANEEL, 2021.

[3] DA CUNHA, G. L.; FERNANDES, R. A. S.; FERNANDES, T. C. C. Small-signal stability analysis in smart grids: An approach based on distributed decision trees. Electric Power Systems Research, [S.l.], v. 202, p. 107651, jan. 2022. DOI: 10.1016/j.epsr.2021.107651.

[4] GRAINGER, John J.; STEVENSON, William D. Power System Analysis. New York: McGraw-Hill Inc., 1994. ISBN 9780071501910.

[5] EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Anuário Estatístico de Energia Elétrica 2023: 20 anos. Brasília, DF, 2023.

[6] EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Balanço Energético Nacional 2025: Relatório Síntese. Brasília, DF, 2025.

[7] IEEE POWER & ENERGY SOCIETY. Trends in microgrid modeling for stability analysis. PES-TR106. [S.l.]: IEEE Power & Energy Society, 2022.

[8] KROPOSKI, B.; LASSETER, R.; ISE, T.; MOROZUMI, S.; PAPATHANASSIOU, S.; HATZIARGYRIOU, N. Making microgrids work. IEEE Power and Energy Magazine, [S.l.], v. 6, n. 3, p. 40-53, maio/jun. 2008. DOI: 10.1109/MPE.2008.918718.

[9] MEEGAHAPOLA, L. G. Microgrid Stability Definitions, Analysis, and Modeling. PES TR66. [S.l.]: IEEE Power and Energy Society (PES), 2018.

[10] PADIYAR, K. R. Power System Dynamics: Stability & Control. 2. ed. Hyderabad: BS Publications, 2002. ISBN 9788178000244.

[11] SANTOS, G. T. P. et al. Análise Modal da Estabilidade em Microrredes: Uma Abordagem Baseada na Frequência de Sistemas Elétricos de Potência. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AUTOMÁTICA, 2024, Rio de Janeiro. Anais eletrônicos […]. Rio de Janeiro, 2024.

[12] TASK FORCE ON IDENTIFICATION OF ELECTROMECHANICAL MODES. Identification of Electromechanical Modes in Power Systems. IEEE, 2012. (Special Publication, TP462).

Qualidade da Energia

Com o aumento da necessidade de energia elétrica no cotidiano, é importante conhecer um pouco sobre quais indicativos nos mostram que o produto que chega em residências tem ou não qualidade. Alguns indicativos para avaliar são:

Distorções harmônicas: são distúrbios na forma de onda senoidal da tensão e da corrente, provocados principalmente por cargas não lineares. Essas cargas podem ter origens diversas, como reguladores de tensão com núcleo magnético operando em saturação, conversores estáticos, inversores de frequência, fontes chaveadas presentes em equipamentos eletrônicos e eletrodomésticos modernos. Um dos principais problemas associados à presença de harmônicos está relacionado aos bancos de capacitores, os quais podem entrar em condição de ressonância, ocasionando sobretensões nos terminais da unidade capacitiva.
- Distorção harmônica total de tensão 5 % (Recomendação inferior a 5% segundo IEEE Std 519-1992)
- Distorção harmônica total de corrente 15 % (Recomendação inferior a 15%, segundo fabricantes de transformadores).

Flutuação de tensão: correspondem às variações nos valores eficazes da tensão ao longo do tempo. Esses distúrbios podem se manifestar de forma aleatória, repetitiva ou esporádica, sendo comumente associados à operação de cargas industriais de grande porte, como motores de alta potência, fornos elétricos e equipamentos de soldagem. Flutuações excessivas podem causar cintilação luminosa (flicker), além de afetar o desempenho de dispositivos sensíveis.
- Desequilíbrio de tensão 2 % (Recomendação ONS, Submódulo 2.2 com de Fator K menor ou igual 2%, www.ons.org.br).
- Desequilíbrio de corrente 10 % (Recomendação inferior a 10%, segundo fabricantes de transformadores).
Variações de Frequência: A frequência do sistema elétrico deve permanecer dentro de uma faixa de variação aceitável, compatível com a capacidade de controle e estabilidade da rede. Embora pequenas variações sejam normais em sistemas interligados, desvios excessivos podem causar danos a máquinas rotativas, falhas em sistemas de proteção e mau funcionamento de equipamentos eletrônicos.
Entre outros: é possível citar também ruídos, interrupções, sobretensões outros fatores que devem ser analisados para manutensão da qualidade da rede.

Quando tais indicativos se apresentam dentro dos padrões estabelecidos pela Aneel, os equipamentos que recebem essa energia duram mais tempo, funcionam de forma mais estável e o custo da energia está sempre de acordo com o consumo dos aparelhos. No entanto, quando esses limites são ultrapassados, podem ocorrer falhas operacionais, aumento de perdas, danos prematuros aos equipamentos e impactos negativos tanto para os consumidores quanto para o sistema elétrico como um todo.

Referências:

Modelo ZIP de carga

Uma carga, a depender do contexto, pode ser interpretada de diferentes formas, entendê-la é fundamental para a análise do fluxo de potência, para tornar o trabalho mais simples os modelos de carga são os principais artifícios utilizados para as simulações. Um modelo é uma representação de algo real, nesse caso o fenômeno do comportamento das cargas em relação às suas variáveis, que tem como objetivo descomplicar e tornar mais maleável.

Nesse contexto, entre os modelos existentes, o modelo ZIP é popularmente empregado em estudos de fluxo de potência e de estabilidade de tensão. Este modelo é representado pela combinação de três parcelas definidas como potência constante, corrente constante e impedância constante.

Potência constante

Na parcela de potência constante, as potências ativa e reativa consumidas são consideradas constantes e independentes da tensão de alimentação. Os motores de indução é um exemplo de carga com essa característica.

Onde P0 e Q0 são as potências ativa e reativa nominais.

Impedância constante

Nesta parcela, a carga se comporta como uma impedância de resistores, capacitores e indutores constantes. Capacitores, equipamentos de aquecimentos resistivos e iluminação incandescente são alguns exemplos de cargas desse tipo.

Onde Z0 é a impedância nominal da carga.

Corrente constante

Neste caso, a corrente de operação é igual ao módulo da corrente nominal, I0, e o fator de potência é igual o nominal. Alguns exemplos desse tipo de carga são os fornos a arco, lâmpadas fluorescentes compactas e lâmpadas de vapor de mercúrio. a potência varia linearmente com a amplitude da tensão.

Composição do modelo ZIP

Abaixo estão relacionadas as expressões que definem o modelo ZIP. Tanto a potência ativa, quanto a reativa possuem três parcelas, a de impedância constante, que varia com o quadrado da tensão, a corrente constante, que varia linearmente com a tensão e a potência constante, parcela independente.

As constantes α, β e γ gama possuem valores que variam de 0 à 1, que representam a porcentagem da participação de cada parcela no modelo ZIP. Por conseguinte, a soma de α, β e γ tem que ser igual à 1, valor que representa cem porcento.

Referências

PUC-RIO. Modelos de Carga. Certificação Digital nº 0812713/CA. Rio de Janeiro: PUC-RIO.

SILVA, Arthur O.; NEGRETE, Lina P. G.; BRIGATTO, Gelson A. A. Relevância do Modelo de Carga ZIP em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica. Anais do XXXV Congresso Brasileiro de Automática, São Paulo: Sociedade Brasileira de Automática (SBA), 2022.

BARBOSA, Daniel. Sistemas Elétricos de Potência 2025.2. 2025. Notas de aula.

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Seguidores solares

Entre todas as fontes de energia disponíveis, a energia solar é a mais abundante e pode ser explorada de forma direta e indireta. O Brasil recebe níveis médios de radiação solar superiores aos observados na maioria dos países europeus, com baixa variabilidade sazonal, devido à grande parte do país estar localizada na zona tropical. Nesse contexto, a aplicação de técnicas como os seguidores solares (solar trackers), automatizam os sistemas e os tornam mais eficientes.

Seguidor Solar
Fonte: <https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/92/Suntactics_solar_tracker.jpg>

A utilização de seguidores solares pode aumentar significativamente a eficiência dos sistemas fotovoltaicos, pois eles podem captar mais luz solar ao longo do dia em comparação com sistemas fixos. Isso é especialmente benéfico em regiões com alta variabilidade na posição do sol ao longo do ano.

Além disso, os seguidores solares podem ser equipados com sensores e sistemas de controle automatizados que ajustam continuamente a posição dos painéis, garantindo a máxima exposição solar e, consequentemente, maior geração de energia.

Para se projetar a instalação do sistema fotovoltaico é necessário saber a posição do Sol no céu de acordo com um observador na Terra. O sistema de coordena das astronômica horizontal ou alta-azimutal é um dos sistemas mais simples e o mais conveniente para aplicações fotovoltaicas, ele utiliza as coordenadas da altura (h) e azimute (A) para localizar um astro na esfera celeste.

A esfera celeste é uma superfície esférica imaginaria que envolve a terra e onde fica os corpos celestes. Os planos e pontos na esfera celestes ajudam na determinação da posição dos astros no céu. O horizonte é o plano tangente à terra e onde fica o observador, o zênite é o ponto perpendicular ao horizonte.

Movimento aparente do Sol

O Sol, durante o dia claro, para um observador na Terra, aparenta estar se movimentando no céu de modo de que, ao nascer até se pôr, desloca-se de um lado ao outro do horizonte. Esse movimento é chamado de Movimento Diurno Aparente do Sol.

Outro fato comum, é considerar o nascer do Sol ao lado leste e o pôr do Sol ao lado oeste. Porém, isso não é o que realmente ocorre e é facilmente comprovável com apenas a observação, a partir do mesmo ponto, do nascer e do sol durante o ano. A posição do nascer do sol varia ao longo do ano e chega ao seu limite nos solstícios.

O eixo de rotação terrestre está sempre inclinado em um ângulo de 23,45° em relação ao eixo da eclíptica. A declinação solar é distância angular dos raios solares do norte ou sul do equador, com a orientação norte definida como positiva.

A inclinação do eixo terrestre, associado ao movimento da Terra, implica na mudança dos pontos do horizonte em que o Sol nasce ao longo do ano. Esse movimento, chamado de Movimento Anual Aparente do Sol, faz com que o Sol aparente estar a cada dia a uma região mais a Leste numa região
estelar.

Rastreamento no eixo vertical e horizontal

Os sistemas de rastreamento podem ser classificados pelo modo de seu movimento, que pode ocorrer em um eixo ou em dois eixos. Os seguidores de eixo único movem-se ao longo de um único eixo, geralmente de leste a oeste, enquanto os de dois eixos podem ajustar-se tanto horizontal quanto verticalmente, permitindo um alinhamento mais preciso com o sol.

No caso do modelo de um eixo, o movimento pode ser das seguintes formas: paralelo ao eixo da Terra, Norte-Sul ou Leste-Oeste.

O mecanismo de rastreamento em dois eixos pode ajustar-se tanto horizontal quanto verticalmente. Com isso, ele possui movimentação azimutal (eixo vertical) e de inclinação (eixo horizontal), permitindo um alinhamento mais preciso com o sol, o que proporciona um grande rendimento.

Referências

BEDAQUE, P.; BRETONES, P. S. Variação da posição de nascimento do Sol em função da latitude. Revista Brasileira de Ensino de Física [online]. 2016, v. 38, n. 3, e3307.

BOCKZO, R. Conceitos de Astronomia. Edgard Blücher Ltda, São Paulo, 1984, 429 p.

KALOGIROU, S. A. 2014. Solar energy engineering: processes and systems. 2. ed, Academic Press, Elsevier, EUA, 2014.

MECENEIRO, G. D. Desenvolvimento de um sistema para rastreamento solar. Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia, Limeira, SP, 2018. 80 p.

PAIVA, E. C. Desenvolvimento de um rastreador solar microcontrolado para um coletor solar concentrador. Tese de Doutorado, Universidade Federal de Viçosa, Minas Gerais, 2009.

SMETS, A. H. M. et al. Solar Energy: The Physics and Engineering of Photovoltaic
Conversion, Technologies and Systems. Uit Cambridge Ltd. 488 p, 2016.

Disjuntor de alta tensão com mecanismo de interrupção a vácuo: panorama

Até os anos 1960, os mecanismos de interrupção dos disjuntores de sistemas de potência se basearam em meios isolantes de ar ou óleo em todas as classes de tensão. Nesse cenário, as tecnologias de princípio de interrupção a base de gás SF6 (hexafluoreto de enxofre) e de vácuo emergiram, com isso a média tensão seria tomada por essas duas tecnologias, seguida pela preponderância da utilização do SF6 na alta tensão.

Antes de detalhar o disjuntor de alta tensão com interrupção a vácuo, é importante diferenciar os mecanismos de interrupção a vácuo e a SF6 que são amplamente disponíveis para disjuntores de média tensão no mercado, com suas respectivas vantagens e desvantagens. O mecanismo de interrupção a vácuo extingue o arco elétrico em um ambiente de vácuo, nesse sentido a rápida recuperação desse dielétrico implica na possibilidade de interrupção de correntes de falta com di/dt severos, aliado com uma menor energia do arco (tensão) que resulta em mais interrupções completas de correntes de curto-circuito quando comparado com modelos equivalentes com outras tecnologias. Paralelamente, os disjuntores a gás SF6, utilizam esse meio para extinguir o arco pelas suas ótimas propriedades dielétricas, de acordo com Cavalcanti (1995), o SF6 possui uma eficiência de supressão de arco 10 vezes maior que o ar e um tempo de extinção 100 vezes menor. Entretanto, o SF6 é um gás potencializador do efeito estufa por pertencer a classe dos gases fluorados.

Figura 1: Câmeras de extinção de arco elétrico a vácuo de alta tensão

Fonte: Siemens Energy/Divulgação

Nesse contexto, os fatores determinantes na escolha entre esses mecanismos são a classe de tensão e fatores ambientais. A princípio a SF6 se mostra eficiente em modelos de 11 kV até 1100 kV, tendo um intervalo de aplicação amplo e, como mencionado, predominante na alta tensão. Por outro, as aplicação do mecanismo a vácuo eram limitadas a aplicações internas de média tensão, usualmente de 11 kV até 33 kV, isso até a recente disponibilização de câmeras de extinção para alta tensão em modelos de até 145 kV. Por exemplo, a fabricante Siemens introduziu essa tecnologia em modelos de alta tensão (até 145 kV) somente em 2010 com sua linha 3AV1.

Nesse sentido, os disjuntores de tensão de até 145 kV que utilizam o mecanismo de interrupção a vácuo representam uma solução avançada para aplicações em redes de distribuição e transmissão de energia elétrica. Estes disjuntores são projetados para oferecer alta confiabilidade, aproveitando a tecnologia de vácuo para garantir uma interrupção rápida e eficiente do arco elétrico. Além disso, a ausência de gases de efeito estufa e a reduzida necessidade de manutenção tornam esses dispositivos uma escolha ambientalmente economicamente vantajosa. Por fim, a tecnologia de interrupção a vácuo em disjuntores de até 145 kV proporciona uma vida útil prolongada, e uma resistência superior a operações frequentes, características essenciais para garantir a continuidade e a estabilidade do fornecimento de energia elétrica.

Figura 2: Disjuntor de 145 kV com câmeras de extinção a vácuo

Fonte: Siemens Energy/Divulgação

Referências:

CAVALCANTI, A. C. Disjuntores e chaves: aplicação em sistemas de potência. Ed. 1. Niterói: Editora da UFF, 1995.

MAMEDE, J. F. Manual de equipamentos elétricos. 5. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2022.

PICOT, Philippe. Schneider Electric Cahiers Techniques Vacuum Switching, Cahier Technique no.198, 2000 . Disponível em: https://www.tekdok.dk/files/cahiers_techniques/Vacuum_switching.pdf. Acesso em: 12 jul. 2024.

SIEMENS Ltd. High-Voltage Circuit Breakers. 2015. Disponível em: https://www.siemens-energy.com/br/pt/home/products-services/product/live-tank.html. Acesso em: 12 jul. 2024.

Variação de Frequência no SEP: Regulamentação, Causas e Consequências

A geração de energia elétrica é realizada de tal forma que a frequência das tensões e correntes do sistema elétrico de potência apresentem um valor pré-determinado, o qual é consequência das dinâmicas eletromecânicas das máquinas geradoras, como máquinas síncronas e de indução. Tal valor de frequência varia entre 50 Hz (em grande parte da Europa, Paraguai, Argentina, etc.) e 60 Hz ( Brasil, Estados Unidos, etc.), sendo importante mantê-lo dentro de certos limites para o correto funcionamento dos equipamentos elétricos e eletrônicos, além de garantir um fornecimento adequado de energia.

O PRODIST (Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional), conjunto de normas estabelecidas pela ANEEL para regulamentação das atividades de distribuição de energia no Brasil, determina certos limites para as variações de frequência através do Módulo 8, Seção 8.1.7 (ANEEL,2021):

8.1.7.1: “O sistema de distribuição e as instalações de geração conectadas ao mesmo devem, em condições normais de operação e em regime permanente, operar dentro dos limites de frequência situados entre 59,9 Hz e 60,1 Hz”

8.1.7.2: “Quando da ocorrência de distúrbios no sistema de distribuição, as instalações de geração devem garantir que a frequência retorne, no intervalo de tempo de 30 (trinta) segundos após a transgressão, para a faixa de 59,5 Hz a 60,5 Hz, para permitir a recuperação do equilíbrio carga-geração.”

8.1.7.3: “Havendo necessidade de corte de geração ou de carga para permitir a recuperação do equilíbrio carga-geração, durante os distúrbios no sistema de distribuição, a frequência:

a) não pode exceder 66 Hz ou ser inferior a 56,5 Hz em condições extremas;

b) pode permanecer acima de 62 Hz por no máximo 30 (trinta) segundos e acima de 63,5 Hz por no máximo 10 (dez) segundos;

c) pode permanecer abaixo de 58,5 Hz por no máximo 10 (dez) segundos e abaixo de 57,5 Hz por no máximo 05 (cinco) segundos.”

Portanto, através da normativa prescrita pela ANEEL, nota-se que a frequência elétrica não deve apresentar grandes variações, seja em regime permanente, seja em regime transitório. Assim, é importante analisar os diferentes motivos que acarretam tais oscilações.

Primeiramente, qualquer tipo de perturbação nas redes elétricas leva à alteração na frequência do sistema, das quais destacam-se a variação de carga no sistema, a presença de cargas harmônicas e curto-circuitos.

Além disso, a relação entre demanda e geração é um importante fator no monitoramento da frequência elétrica. Isso porque, em situações de desequilíbrio entre carga e geração, há um aumento ou diminuição da frequência: quando a demanda de energia é maior que a fornecida pelo sistema de geração, há uma tendência de redução da frequência, enquanto o contrário provoca um aumento no seu valor. Tal questão está diretamente relacionada à forma como a energia é gerada, sobretudo em máquinas síncronas, nas quais a velocidade de rotação do rotor é diretamente proporcional à potência gerada e consumida.

Exemplo de variação de frequência em (P.U.). (Fonte: Yunus, 2019)

Por fim, com o desenvolvimento das energias renováveis, a geração distribuída representa um grande problema em relação ao controle da frequência, principalmente devido ao fluxo bidirecional nas redes de energia elétrica.

Esses fatores provocam oscilações transitórias e, a depender da sua intensidade, o sistema pode se tornar instável, apresentando uma variação contínua e desenfreada da frequência, o que leva à possíveis blackouts e danos aos diferentes equipamentos elétricos.

Logo, percebe-se que o controle da frequência deve ser realizado de modo a evitar excursões exacerbadas diante de qualquer intercorrência, promovendo o funcionamento adequado do sistema elétrico.

Referências:

Yunus, Shiddiq. (2019). Impacts of Grid Frequency Variation on Dynamic Performance of DFIG Based Wind Turbine. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 619. 012007. 10.1088/1757-899X/619/1/012007.

STEVENSON, William D. Elementos de Análise de Sistemas de Potência. 2.ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1986. 458p.

ANEEL, “Procedimentos de distribuição de energia elétrica no sistema elétrico nacional – PRODIST”, ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica, Dezembro, 2021.

Relé de sequência de fase: funcionamento e importância

Os sistemas elétricos de potência no Brasil na grande maioria das vezes são transmitidos e distribuídos em corrente alternada no padrão trifásico, onde muitos equipamentos são energizados através dessa ligação. Em razão disso, é importante conhecer o conceito de sequência de fases, RST ou ABC, para a instalação correta, evitando faltas e defeitos em equipamentos.

A sequência de fase é a ordem em que cada fase alcança o valor de pico, e serve como uma forma de organizar as relações entre as fases de sistemas polifásicos. Portanto, se há mudanças nessa sequência, algumas consequências são notadas, como subtensão e inversão de sentido de giro do campo magnético, o que afeta geradores e motores.

fonte: IFSC

Um equipamento de proteção frequentemente utilizado para evitar problemas com desequilíbrio e inversão de fases é o Relé Sequencial, conhecido como função 47 na tabela ANSI. Esse relé identifica se o sistema está fornecendo a sequência correta (sequência positiva) para gerar um campo magnético girando no sentido desejado.

fonte: DIGImec

De acordo com Fortescue, um sistema desequilibrado polifásico de n fases pode ser decomposto em n sistemas equilibrados. No caso do sistema trifásico desequilibrado, ele pode ser decomposto em sequências positiva (ABC), negativa (ACB) e nula (0).

fonte: STEVENSON (1986)

Ao identificar a presença da componente negativa, o relé sequencial abre o contato, não permitindo que o equipamento funcione. Geralmente, o relé sequencial é comercializado junto à função de detecção de faltas, o que significa que ele também verifica se há a presença de assimetria, ou seja, se há a presença das componentes negativa e nula para além da positiva, como manda o teorema de fortescue, e interrompe o circuito da mesma forma.

Fonte: DIGImec

Com vida útil elétrica em cerca de 1.000.000 ciclos, e mecânica de 10.000.000 ciclos, o relé sequencial é um item indispensável em sistemas elétricos que contam com máquinas e equipamentos rotacionais. O equipamento de proteção preserva a vida útil dessas máquinas, bem como previne defeitos.

Referências

STEVENSON, William D. Elementos de Análise de Sistemas de Potência. 2.ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1986. 458p.

KINDERMANN, Geraldo. Curto Circuito. 2. ed. Porto Alegre: Sagra Luzzatto, 1997. 214 p.

O QUE é um relé sequência de fase? 2020. Disponível em: https://aprendendoeletrica.com/o-que-e-um-rele-sequencia-de-fase/. Acesso em: 14 jun. 2024.

RELÉS de sequência de fase. Disponível em: https://www.digimec.com.br/produtos/210/reles-de-sequencia-de-fase. Acesso em: 15 jun. 2024.

MESH ENGENHARIA (org.). Sequência de Fase: função 47. Função 47. Disponível em: https://meshengenharia.com/2023/04/21/sequencia-de-fase-funcao-47/. Acesso em: 14 jun. 2024.

Princípio básico de funcionamento de um transformador

Os transformadores desempenham um papel fundamental no sistema elétrico de potência, atuando como protagonistas essenciais. Eles são responsáveis por ajustar os níveis de tensão da energia elétrica produzida nas usinas para que possa ser transmitida de maneira eficiente e segura através das linhas de transmissão. Além disso, os transformadores também desempenham um papel crucial na distribuição de energia elétrica. Eles reduzem a tensão para níveis que podem ser usados com segurança em residências e empresas. Isso garante que a energia elétrica chegue aos consumidores finais de maneira segura e eficiente.

Distribuição de energia elétrica
Fonte: brgfx / Freepik

Descobertas que contribuíram para o desenvolvimento do transformador

Faraday, em 1831, percebeu que é possível gerar tensão elétrica através do movimento relativo entre um condutor e um campo magnético, sem que haja a necessidade de contato físico entre os elementos. A Lei de Lenz, posteriormente formulada, estabeleceu que tanto o movimento resultante de uma força mecânica, quanto o fluxo magnético concatenado, podem induzir uma tensão elétrica.

Essa tensão, quando em um circuito fechado, produz uma corrente cujo campo magnético tende a se opor à variação do fluxo magnético que a gerou. Além disso, a tensão induzida será diretamente proporcional ao número de espiras de fio da bobina que possuem o mesmo fluxo passando sobre elas e a taxa de variação do fluxo em relação ao tempo. E o seu sinal será negativo devido a expressão da lei de Lenz. Na forma de equação, temos

$e_{ind} = -N\frac{d\phi}{dt}$

em que
$e_{ind}$ = tensão induzida na bobina
$N$ = número de espiras de fio da bobina
$\phi$ = fluxo que passa através da bobina

Princípio de funcionamento de transformador ideal

O princípio de funcionamento de um transformador baseia-se na aplicação desses conceitos citados anteriormente. Através de um campo magnético variável no tempo, induz-se uma tensão em uma bobina quando esse campo a atravessa. E em um transformador típico, existem duas bobinas, a primária e a secundária. Quando uma corrente alternada é aplicada à bobina primária, ela cria um campo magnético variável que induz uma tensão nos terminais da bobina secundária. Com isso, o transformador é capaz de transferir a energia, por meio de indução eletromagnética, do primário para o secundário.

Desenho de um transformador ideal
Fonte: Autoria própria

No secundário do transformador, a frequência permanece a mesma, porém, a corrente e a tensão mudam, sendo a magnitude de ambas dependentes da relação entre número de espiras do primário e do secundário.

Então, considerando um transformador ideal, que não possui perdas em seus enrolamentos de entrada e saída. A relação entre a tensão v_p(t) aplicada no lado do enrolamento primário do transformador e a tensão v_s(t) produzida no lado do secundário é

$\frac{v_p(t)}{v_s(t)} = \frac{N_S}{N_p} = a$

Onde $a$ é definido a relação de espiras ou relação de transformação do transformador:

$a = \frac{N_p}{N_s}$

A relação entre a corrente i_p(t) que entra no lado primário do transformador e a corrente i_s(t) que sai do lado secundário do transformador é

$N_pi_p(t) = N_si_s(t)$

$\frac{i_p(t)}{i_s(t)}= \frac{1}{a}$

Existem dois tipos de transformadores: os abaixadores e os elevadores de tensão. O transformador abaixador de tensão é aquele em que a tensão no secundário é menor do que a tensão no primário. O transformador elevador de tensão é aquele em que a tensão no secundário é maior do que a tensão no primário. Os transformadores elevadores são normalmente usados para elevar os níveis de tensão produzidos nas usinas para as linhas de transmissão, enquanto os abaixadores são bastante utilizados para reduzir os níveis de tensão para o consumo.

A potência do transformador ideal

A potência ativa de entrada P_entradafornecida ao transformador pelo circuito primário é dada pela equação

$P_{entrada} = V_pI_pcos\theta_p$

$\theta_p$ = o ângulo entre a tensão primária e a corrente primária

Por outro lado, a potência ativa P_saída fornecida pelo circuito secundário do transformador à sua carga é dada pela equação

$P_{saída} = V_{s}I_{s}cos\theta_{s}$

$\theta_{s}$ = o ângulo entre a tensão secundária e a corrente secundária

Como, em transformador ideal, o fator de potência não muda do primário para o secundário, o ângulo entre a tensão e a corrente também não se altera, então

$P_{saída} = V_{s}I_{s}cos\theta_{s} = P_{entrada}$

Logo, a potência de um transformador ideal é igual tanto na saída quanto na entrada.

Conclusão

Em suma, os transformadores desempenham um papel crucial no sistema elétrico de potência ao ajustar os níveis de tensão. Além disso, eles são essenciais na distribuição de energia, reduzindo a tensão para uso seguro em residências e empresas. Os transformadores podem ser abaixadores ou elevadores de tensão, sendo os primeiros usados para consumo e os segundos para transmissão de energia das usinas para as linhas de transmissão.
Neste artigo, foi feito um breve resumo do princípio de funcionamento de um transformador, com foco nos transformadores ideais. Para aprofundar ainda mais o assunto, recomendo a leitura dos livros listados nas referências e também da nossa apostila sobre transformadores. No futuro, mais conceitos serão abordados através de outros artigos.

Referências

ALEXANDER, C. K.; SADIKU, M. Fundamentos de Circuitos Elétricos. [s.l: s.n.].

CHAPMAN, S. J. Fundamentos de Máquinas Elétricas – 5ed. [s.l.] AMGH Editora, 2013.

KOSOW, I. L. Electric Machinery and Transformers. [s.l.] Pearson Educación, 1991.

MENEZES, M.; VERGNE, M. APOSTILA DE TRANSFORMADORES SISTEMAS DE POTÊNCIA. [s.l.] Grupo de Sistemas Elétricos de Potência Integrados, [s.d.].

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Reunião Seccional de Ramos IEEE 2023

O Capítulo Estudantil IEEE Power and Energy Society UFBA esteve presente na VII Edição da Reunião Seccional de Ramos Estudantis da Seção Nordeste do IEEE, que ocorreu em Campina Grande, na Paraíba, entre os dias 08 e 10 de setembro.

A RSR é a Reunião Seccional de Ramos Estudantis da Seção Nordeste Brasil. Esse é um evento que ocorre anualmente sendo sediado, realizado e organizado por um Ramo Estudantil da Seção em sua cidade de origem com o objetivo de proporcionar troca de conhecimentos, novas experiências, networking e incentivo às parcerias; promover aprendizagem de habilidades relacionadas à diversas áreas mas, principalmente, de STEM e melhorar a difusão tecnológica e de atividades estudantis e profissionais do IEEE nas comunidades participantes.

Durante o evento nossos membros participaram de diversas atividades como Visitas Técnicas, apresentações de Casos de Sucesso, Reunião de Presidentes de Ramos, Reunião de Capítulos Estudantis, palestras e a cerimônia de premiação do IEEE Seção Nordeste SAC Awards.

Na cerimônia de premiação o IEEE PES UFBA conquistou os seguintes prêmios:

🏆1° Lugar – IEEE PES Outstanding Volunteer Award – Márcio Luís

🏆1° Lugar – Casos de Sucesso Categoria de Desenvolvimento Profissional – 1° Circuito de Palestras IEEE PES UFBA

🏆Menção Honrosa – Casos de Sucesso Categoria de Atividades Técnicas – Pré-SEP